تحليل ارتعاشات آزاد پوسته‌هاي استوانه‌اي ساخته شده از مواد مدرج تابعي متخلخل با ضخامت متغير در تماس با سيال

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

پوسته‌هاي استوانه‌اي به دليل كارايي سازه‌اي بالا، در طيف وسيعي از كاربردهاي مهندسي از جمله صنايع هوافضا، دريايي و انرژي، نقشي حياتي ايفا مي‌كنند. در همين راستا، نياز روزافزون به سازه‌هايي با عملكرد بهينه، وزن كمتر و مقاومت بالا در برابر شرايط پيچيده عملياتي، منجر به توسعه مواد پيشرفته و طراحي‌هاي نوين شده است. در اين ميان، مواد مدرج تابعي متخلخل به دليل قابليت تنظيم خواص مكانيكي و كاهش وزن و همچنين هندسه‌هاي با ضخامت متغير براي بهينه‌سازي توزيع تنش، پتانسيل بالايي از خود نشان داده‌اند. با اين حال، تحليل دقيق رفتار ديناميكي اين سازه‌هاي پيچيده، به‌ويژه هنگامي كه در تماس با سيال قرار مي‌گيرند و پديده تعامل سيال و سازه مطرح مي‌شود، يك چالش علمي و مهندسي قابل توجه باقي مانده است. بررسي ادبيات موضوع، وجود يك خلأ تحقيقاتي مشخص در تحليل ارتعاشات آزاد پوسته‌هايي با اين ويژگي‌هاي همزمان را تاييد مي‌كند. در اين پژوهش، يك چهارچوب جامع براي تحليل ارتعاشات آزاد پوسته‌هاي استوانه‌اي ساخته شده از مواد مدرج تابعي متخلخل با ضخامت متغير كه در تماس با سيال قرار دارند، ارائه شده است. مدل رياضي سيستم بر مبناي تئوري تغيير شكل برشي مرتبه اول براي توصيف ميدان جابجايي پوسته و نظريه جريان پتانسيل براي مدل‌سازي سيال ايده‌آل (غيرلزج، تراكم‌ناپذير و غيرچرخشي) استوار است. اثر تعامل سيال به صورت جرم افزوده هيدروديناميكي در انرژي جنبشي كل سيستم لحاظ گرديده و معادلات حركت سيستم جفت‌شده با استفاده از يك روش حل بر مبناي روش ريلي-ريتز به يك مسئله استاندارد مقدار ويژه جبري تبديل شده است. فركانس‌هاي طبيعي و شكل مودهاي ارتعاشي از حل اين مسئله استخراج شده‌اند. به منظور اعتبارسنجي مدل، ابتدا همگرايي آن ارزيابي مي‌شود و سپس نتايج آن با داده‌هاي موجود در ادبيات موضوع، داده‌هاي به‌دست‌آمده از تحليل اجزاء محدود و همچنين نتايج آزمايش مودال كه بر روي نمونه‌هاي همسانگرد با ضخامت ثابت و پله‌اي با و بدون سيال انجام شده، مقايسه گرديده است. نتايج نشان مي‌دهد كه حضور سيال داخلي به دليل اثر جرم افزوده، فركانس‌هاي طبيعي سيستم را به طور محسوس كاهش مي‌دهد؛ اثري كه با افزايش عمق سيال تشديد مي‌شود. مشخص گرديد كه مشخصه‌هاي مواد مدرج تابعي متخلخل، شرايط مرزي، پارامترهاي هندسي و الگوهاي تغيير ضخامت (پيوسته و پله‌اي) تأثير قابل توجهي بر رفتار ارتعاشي دارند. به طور خاص، مشاهده مي‌شود كه تغييرات ضخامت و حضور سيال، باعث توزيع نامتقارن دامنه ارتعاش در سازه مي‌گردند. نتايج حاصل از روش حل پيشنهادي، با نشان دادن توافق بسيار خوب با داده‌هاي موجود در ادبيات موضوع، نتايج عددي و داده‌هاي تجربي، اعتبار و قابليت اطمينان چهارچوب ارائه شده را تأييد مي‌كند. بر همين اساس، مدل توسعه‌يافته در اين پژوهش مي‌تواند به عنوان يك ابزار كارآمد براي تحليل و طراحي بهينه سازه‌هاي استوانه‌اي پيشرفته در كاربردهاي صنعتي مختلف مورد استفاده قرار گيرد.

235790

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان