تحلیل ارتعاشات پوسته ای استوانه ای و مخروطی کامپوزیتی دوار با تقویت کننده های طولی و محیطی
چکیده
پوسته های استوانه ای دوار در بسیاری از کاربردهای صنعتی از قبیل: روتور توربین گاز، سیستمهای جداساز گریز از مرکز، کوره های پخت سیمان و سیستمهای دوار استفاده می شود. برای بالا بردن سختی پوسته از تقویت کننده استفاده می‌شود. پوسته های استوانه ای و مخروطی که با المانهایی از نوع تیر تقویت شدهاند به صورت گستردهای در سازه‌های مکانیکی از قبیل: موشک، زیردریایی، خشککننده های دوار و مخازن سوخت هواپیما استفاده می شوند. در اکثر این موارد پوسته تحت بارهای دینامیکی قرار دارد و ممکن است دچار ارتعاش و کمانش و خستگی شود. بنابراین شناخت خصوصیات این سازه‌ها از جمله فرکانس طبیعی و بار کمانش ضرورتا مورد نیاز است. از طرفی با توجه به نیاز روزافزون طراحی سازه‌های سبک وزن با استحکام بالا، لازم است که نسبت استحکام به وزن این سازه‌ها تا حد امکان بالا باشد تا سازه طراحی شده از نظر مصرف مواد، انرژی و هزینه بهینه باشد. از جمله راههای رسیدن به این هدف، تقویت بهینه پوسته با المانهای تقویت کننده محیطی و طولی و همچنین استفاده از مواد مرکب می باشد. در این پایان نامه تحلیل ارتعاشات آزاد، سرعت بحرانی و کمانش پوسته‌های استوانه ای تقویت شده و ارتعاشات آزاد پوسته های مخروطی کامپوزیتی تقویت شده به روش تحلیلی انجام پذیرفته است. در روابط تحلیلی، تیوری لاو و روش ریتز به کار برده شده و از روشهای المان جداگانه و متوسط گیری خواص تقویتکننده ها روی پوسته استوانه‌ای برای در نظر گرفتن اثر تقویتکنندهها استفاده شده است و مقایسهای بین نتایج بدست آمده از این دو روش انجام شده است، همچنین در تحلیل پوسته مخروطی تنها از روش المان جداگانه برای مدل کردن اثر تقویتکنندهها استفاده شده است. اثرات نیروهای کریولیس و گریز از مرکز که در اثر دوران پوسته به وجود می آید، در معادلات حاکم آورده شده است. برای بدست آوردن معادلات حرکت ابتدا تابع انرژی را بدست آورده و سپس با اعمال اصل همیلتون معادلات حرکت حاصل می شوند. همچنین توابع تغییر مکان برای شرایط مرزی دو سر تکیه‌گاه ساده به صورت مثلثاتی در نظر گرفته شدهاند. به علت اینکه حل دقیق برای پوسته کامپوزیتی دوار با شرایط مرزی متفاوت (مانند:گیردار-گیردار یا گیردار-تکیه‌گاه ساده) وجود ندارد، از روش gdq برای بررسی این نوع از شرایط مرزی بر روی پوسته استوانه ای استفاده شده است. روش مذکور، تکنیک عددی کارآمدی است که با استفاده از تعداد کم نقاط شبکه برای رسیدن به پاسخ قابل قبول می باشد. با استفاده از این روش، معادلات حرکت با مشتقات جزیی به طور تقریبی تبدیل به یک سری معادلات جبری خطی می شوند. لازم به ذکر است در این پایان نامه برای اولین بار به بررسی ارتعاشات پوسته های مخروطی تقویتشده دوار پرداخته شده است، همچنین تاکنون معادلات حرکت پوسته های مخروطی کامپوزیتی دوار از روش انرژی بدست نیامده است. معرفی پدیده سرعت بحرانی و بررسی اثرات بار محوری و فشار داخلی بر روی پوسته استوانه ای تقویت شده نیز از تازه های این پایان نامه می باشد. تاثیر پارامترهای مختلف نظیر هندسه پوسته و تعداد تقویت کننده ها، زاویه الیاف، جنس پوسته و چیدمان الیاف روی فرکانسهای طبیعی، سرعت بحرانی و بار کمانش پوسته استوانه ای تقویت شده مورد مطالعه قرار گرفته است. به علاوه اثر بارگذاری استاتیکی محوری، شعاعی بر روی پوسته استوانه‌ای و سرعت دورانی پوسته استوانه‌ای و مخروطی تقویتشده بر روی تغییرات فرکانس طبیعی مطالعه شدهاند. در بررسی صحت نتایج تحلیل برای پوسته استوانه‌ای با نتایج موجود در مقالات مقایسهای انجام شده است، همچنین در بررسی صحت نتایج حاصل از تحلیل پوسته مخروطی، مقایسه نتایج با پوسته استوانه ای در شرایطی که زاویه راس مخروط صفر باشد انجام شده است.