جلسه دفاع سمینار دوم دکتری (آقای محمد سینا تاکی)
موضوع : مطالعه ی تجربی و نیمه تحلیلی رفتار دینامیکی و برداشت انرژی الکتریکی از ورق های مرکب چندپایداره ی موزاییکی با استفاده از مواد پیزوالکتریک
ارائه دهنده: محمدسینا تاکی
استاد راهنما: دکتر رضا تیکنی
استاد مشاور: دکتر سعید ضیایی راد
اساتید داور: دکتر علیرضا دانش مهر، دکتر مهدی سلمانی تهرانی، دکتر علی لقمانی
ورق های چندپایداره ی مرکب دست های از مواد مرکب هستند که به‌علت دارا بودن چند حالت پایدار و عدم نیاز به صرف هیچگونه انرژی برای ماندن در هر یک از این حالت های پایدار، کاربردهای فراوانی به ویژه در سازه های مورفینگ دارند و توجه بسیاری از محققین و انجمن های هوافضا را به خود جلب کرده اند. حالت های پايدار سازه های مورفینگ با توجه به شرایط محیطی و نیروهای اعمالی برحسب نیاز تغییر می کند. از ديگر کاربردهای قابل انتظار برای ورق های مرکب چندپایداره استفاده از آنها به عنوان برداشت ننده ی انرژی الکتریکی از ارتعاشات محيطی است. در کاربردهای عملی نظیر سازه های مورفینگ، ورق های مرکب دوپایداره ی رایج با تغییرشکل های بزرگ و چرخش های متوسط به تنهایی نمیتوانند تمامی اهداف مورد نظر طراح را تامین نمایند. لذا برای رفع این نقیصه بسته به اهداف طراحی دو راه حل وجود دارد. درصورتیکه هدف طراح ارائه ی سازه ی مورفینگ دوپایداره با انعطاف پذیری زیاد، تغییرشکل بسیار بزرگ و چرخش بزرگ باشد، میتواند از ورق های مرکب دوپایداره با ابعاد بزرگ یا تلفیق ورق های مرکب دوپایداره با ورق های مرکب با چینش متقارن استفاده نماید. اگر خواسته ی طراح افزون بر انعطاف پذیری بالا، طراحی سازه ی مورفینگ با چندین حالت پایدار باشد، می تواند از تلفیق ورق های مرکب دوپایداره با چینش های مختلف به صورت سری بهره ببرد. اتصال سری یک ورق مرکب دوپایداره با یک ورق مرکب نامتقارن یک ورق مرکب دوپایداره با سفتی متغیر را ایجاد می کند. همچنین تلفیق دو ورق مرکب نامتقارن با چینش عکس یکدیگر باعث ایجاد یک ورق مرکب سه پایداره ی موزاییکی می شود. با توجه به مزیت های ذکر شده پیرامون ورق های مرکب دوپایداره با ابعاد بزرگ و ورق های مرکب چندپایداره، بررسی رفتار استاتیکی و دینامیکی این دسته از ورق های مرکب مفید به نظر می رسد و از مهمترين اهداف پژوهش حاضر است. بر اساس جستجوی انجام شده در این زمینه، اکثر مدل های نظری موجود برای بررسی رفتار ورق های مرکب دوپایداره و چندپایداره بر پایه ی مدل لایه ای کلاسیک و کرنش های غیرخطی ون-کارمن توسعه داده شده اند. یکی از محدودیت های کرنش های ون-کارمن، متوسط بودن چرخش ها (حدود 10-15 درجه) است که باعث ایجاد خطا در پیش بینی رفتار ورق ای با چرخش های بزرگ می شود. عدم وجود یک مدل دقیق نظری به منظور مطالعه پارامتری رفتار ورق های مرکب دو و چندپایداره با تغییرشکل های بسیار بزرگ و چرخش های بزرگ از جمله خلاءهای موجود در این زمینه است. با توجه به مطالب بيان شده، هدف از انجام این رساله مطالعه ی نیمه تحلیلی رفتار دینامیکی ورق های مرکب دوپایداره، دوپایداره با سفتی متغیر و سه پایداره ی موزاییکی و بررسی پارامترهای مؤثر بر رفتار این گونه ورق ها درنظرگرفته شده است. بدین منظور یک مدل دقیق هندسی توسعه داده شده است. در کنار مدل دقیق هندسی ارائه شده، از یک مدل ساده و رایج بر اساس نظریه ی لایه ای کلاسیک وکرنش های غیرخطی فون-کارمن نیز استفاده شده است. این مدل ساده با ساده سازی مدل دقیق هندسی نیز بدست آمده است. برای صحت سنجی نتایج بدست آمده از مدل های ارائه شده، از شبیه سازی های اجزای محدود استفاده شده است. معادلات استاتیکی حاکم بر سیستم با استفاده از اصل کار مجازی و روش ریلی-ریتز به دست آمده است. حالت های پایدار و انحناهای ورق های مرکب دوپایداره، دوپایداره با سفتی متغیر و سه پایداره ی موزاییکی با طول های جانبی مختلف با استفاده از مدل دقیق هندسی به دست آمده و با نتایج بدست آمده از مدل لایه ای کلاسیک و اجزای محدود مقایسه شده است. انطباق بسیار خوبی بین نتایج بدست آمده از مدل دقیق هندسی ارائه شده و شبیه سازی های اجزای محدود به خصوص برای ورق های مرکب با تغییرشکل های بسیار بزرگ و چرخش های بزرگ مشاهده شد. تحلیل و بررسی پرش شبه استاتیکی بین حالت های پایدار با اعمال نیروهای متمرکز برابر به گوشه های ورق انجام شده است. حداقل نیروی مورد نیاز به منظور تغییرشکل بین حالت های پایدار در حالت استاتیکی با استفاده از مدل های ریاضی ارائه شده به دست آمده و با نتایج حاصل از اجزای محدود مقایسه شده است. معادلات دینامیکی حاکم بر ورق های مرکب دوپایداره به کمک اصل هامیلتون به دست آمده و با استفاده از روش ریلی-ریتز گسسته سازی شده است. با خطی سازی ماتریس های جرم و سفتی و بردارهای نیرو و گشتاور ناشی از تنش های پسماند گرمایی، فرکانس طبیعی مود اول ورق های مرکب دوپایداره با ابعاد مختلف محاسبه شده و شکل مودهای اول و دوم ترسیم شده است. همچنین پاسخ فرکانسی دو ورق مرکب دوپایداره بدون جرم های متمرکز و به همراه جرمهای متمرکز تحت تاثیر شتاب پایه ی 1 متر بر مجذور ثانیه توسط دو مدل نظری به دست آمده و با شبیه سازیه ای اجزای محدود مقایسه شده است.
واژگان کلیدی: ورق مرکب دوپایداره، ورق مرکب دوپایداره با سفتی متغیر، ورق مرکب سه پایدارهی موزاییکی، تغییرشکل های بسیاربزرگ، چرخش های بزرگ، مدل دقیق هندسی، مدل لایه ای کلاسیک، کرنش های ون-کارمن، پرش ناگهانی، پاسخ گرمایی، پاسخ دینامیکی، اصل کار مجازی، اصل هامیلتون، روش ریلی-ریتز