تحلیل کمانش جانبی تیر جدار نازک ساندویچی کامپوزیت-فلز با سطح مقطع متغیر و در نظر گرفتن کرنش‌های غیرخطی

چکیده مقاله

کامپوزیت‌های لایه‌ای الیاف-فلز که از ترکیب لایه‌های فلزی و کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف ساخته می‌شوند، به دلیل وزن کمتر و خواص مکانیکی مناسب‌تر، در صنایع هوایی، دریایی و خودروسازی کاربرد فراونی پیدا کرده‌اند. در این پژوهش برای اولین بار پایداری جانبی-پیچشی تیر باریک شونده با مقطع I شکل متقارن از جنس کامپوزیت هیبریدی چند لایه الیاف-فلز مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، معادلات پایداری جانبی-پیچشی و شرایط مرزی با به کارگیری مدل ولاسو برای مقاطع جدار نازک باز، تئوری کلاسیک لایه‌ای و با فرض تغییر شکل‌های کوچک تعیین می‌گردند. سپس با استفاده از یک رابطه کمکی دستگاه معادلات حاکم به یک معادله دیفرانسیل مستقل مرتبه چهار برحسب زاویه پیچش تبدیل می‌شود. در ادامه، معادله نهایی با بهره گیری از روش عددی مربعات دیفرانسیل و فرضیات این روش حل و مقدار بار کمانش جانبی-پیچشی محاسبه می‌شود. پس از بررسی صحت و دقت روش معرفی شده، اثرات پارامترهای مهم مانند، چیدمان لایه‌ها، زاویه قرارگیری الیاف، جنس الیاف، تغییر ارتفاع جان تیر، محل اعمال بار عرضی و کسر حجمی فلز بر ظرفیت کمانش جانبی تیر جدار نازک با مقطع متغیر و شرایط انتهایی گیردار-آزاد مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که چیدمان بهینه با قرار گیری لایه‌های الیافی سازنده بال تیر با زاویه صفر درجه و لایه‌های الیافی تشکیل دهنده جان با زاویه 45 درجه بین دو ورق آلومینیومی حاصل می‌شود. همچنین ثابت شد که تغییرات درصد حجمی فلز در مقایسه با تغییر ارتفاع جان تیر نیم‌رخ، بار کمانش جانبی را با شدت بیشتری تغییر می‌دهد.