تحلیل ناپایداری آیروالاستیک صفحه مواد مرکب با تغییر شکل برشی مرتبه اول و اثر نقص هندسی محلی

موضوع رساله بررسی اثر نقص های هندسی کوچک محلی، بر روی یک صفحه همگن و لایه چینی شده، جهت تعیین رفتار آیروالاستیک، کمانش و ارتعاشی صفحه و تعیین محدوده ی ناپایداری فلاتر و کمانش است. با توجه به امکان ایجاد نقص های کوچک غیرمتقارن و ناهماهنگ با مودهای اصلی و کمانشی صفحه، (که دارای شبیه سازی و حل پیچیده ای نسبت به نقص های متناسب با مودهای سازه هستند)، بررسی اثر این نوع نقص ها از دیدگاه آیروالاستیک و ارتعاشات صفحه بسیار مهم و جالب توجه است. تحلیل صورت گرفته نگاهی جدید به اثر نقص هندسی، در تعیین شرایط پایداری صفحه دارد. شبیه سازی صفحه در چند حالت فرض شده است. مدل اول، پوسته استوانه ای، با انحنای کوچک و فرض خمش استوانه ای و مدل دوم، صفحه تخت، با اثر نقص کوچک محلی و فرض خمش استوانه ای، درنظر گرفته شده است. مدل سوم و چهارم، صفحه تخت لایه چینی شده، با اثر نقص های متنوع محلی، براساس تئوری صفحه نازک کلاسیک و صفحه تقریبا ضخیم با تغییر شکل برشی مرتبه اول، شبیه سازی شده است. تمام مدل های صفحه دارای تغییر شکل بزرگ غیرخطی ون کارمن هستند. شرایط مرزی صفحه تکیه گاه ساده و ثابت است. در شبیه سازی صفحه، خواص مواد وابسته به دما فرض شده و اثر بارهای حرارتی محیطی به صورت نیروی گسترده یکنواخت و متغیر، در طول صفحه و در ضخامت صفحه فرض شده است. اثر بارهای مکانیکی در مرزهای صفحه به صورت فشاری و کششی اعمال شده است. جریان آیرودینامیکی بالای صفحه، براساس تئوری پیستون خطی مرتبه اول و غیرخطی مرتبه سوم تعیین شده است. مدل سازی اثر نقص محلی، براساس بسط تابع تیلور و توابع هایپربولیک انجام شده که قابلیت شبیه سازی انواع اثر نقص های محلی را دارند. معادلات حرکت سیستم با استفاده از اصل جابجایی مجازی، رابطه کار مجازی، انرژی پتانسیل و جنبشی سیستم تعیین شده است. با تشکیل معادلات دیفرانسیلی جزئی غیرخطی و استفاده از روش تقریبی گالرکین، براساس مودهای فرضی و مقدار باقی مانده کمینه، معادلات دیفرانسیلی معمولی حاصل شده، در دو حوزه فرکانسی و زمانی حل شده و مرز فلاتر و رفتار غیرخطی پسا فلاتر، پسا کمانش و ارتعاشی را تعیین نموده ایم. با تبدیل معادلات به فضای حالت و تعیین ماتریس ژاکوبین مربوطه، تحلیل مقدار ویژه در حوزه فرکانس انجام شده است. روش عددی رانج کوتای مرتبه 4 و 5 برای حل عددی معادلات غیرخطی حوزه زمان استفاده شده است. با توجه به ایده ی اصلی رساله مبنی بر اعمال اثر نقص های هندسی محلی غیرمتقارن بر صفحه؛ و عدم وجود نتایجی در این زمینه، در دو حالت راستی آزمایی انجام داده ایم، که در نوع خود برای اولین مرتبه انجام شده است. ابتدا ساختار سازه غیرخطی با اثر نقص را، به روش المان محدود غیرخطی، با استفاده از ماژول دینامیک ضمنی نرم افزار آباکوس، راستی آزمایی نموده و سپس رفتار آیروالاستیک صفحه با و بدون اثر نقص، براساس معادلات کامل ناویراستوکس برای جریان سیال لزج و چرخشی و سازه غیرخطی، به روش حجم محدود، با استفاده از ماژول اندرکنش سازه و سیال نرم افزار cfx، راستی آزمایی نموده ایم. گستره ی فشار روی صفحه با اثر نقص محلی، در اثر گذر سیال مافوق صوت، براساس تئوری پیستون برای سیال غیرلزج و براساس معادلات ناویراستوکس برای سیال لزج، با استفاده از نرم افزار فلوئنت، مقایسه شده است. نتایج حاصل مربوط به اثر نقص محلی بر روی پایداری، کمانش و فلاتر صفحه، بسیار حائز اهمیت است. زیرا، مرز ناپایداری حساسیت بالایی به ارتفاع، مکان و گستردگی نقص دارد. همین طور برای لایه چینی متقارن و پادمتقارن صفحه، در اثر حضور نقص، رفتار پایدار کننده و ناپایدار کننده ویژه ای، مشاهده شده است؛ که تاکنون در تحقیقات این حوزه به آن پرداخته نشده است. در این رساله برخی فرضیاتی که راجع به اثر نقص در رفتار آیروالاستیک و ارتعاشی صفحه، در طی 6 دهه اخیر بوجود آمده؛ تغییر، تکمیل و اصلاح شده است.