Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình hóa và nghiên cứu so sánh chùm beam composite laminate viscoelastic - một phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên toán tử
Tóm tắt
Bài báo này đề xuất một phương pháp lập trình phần tử hữu hạn cho chùm beam composite laminate có độ d damping, xem xét cả lý thuyết chùm beam Euler-Bernoulli và Timoshenko, dựa trên Lý thuyết Độ cứng Tương đương (Equivalent Modulus Theory - EMT) và Kỹ thuật Quy trình Trực tiếp (Direct Procedure Technique - DPT). Một tiếp cận dựa trên toán tử được sử dụng để tích hợp hành vi viscoelastic, dẫn đến mô hình bậc cao hơn. Các tham số viscoelastic của vật liệu composite được trích xuất từ các đồ thị môđun lưu trữ và môđun mất mát phụ thuộc vào tần số thông qua các thí nghiệm trên Máy phân tích cơ học động (Dynamic Mechanical Analyser) trên các mẫu được chế tạo của chùm beam đơn lớp và tám lớp. DPT sử dụng các tính chất vật liệu của mẫu tám lớp, trong khi các tính chất vật liệu của mẫu đơn lớp được sử dụng trong EMT và các chuỗi xếp lớp được thực hiện một cách toán học. Kết quả số được dự đoán từ cả hai phương pháp được so sánh, điều này chứng minh tính đúng đắn của lập trình EMT. Sự độc đáo của nghiên cứu này nằm ở ứng dụng của công thức toán học mới, sử dụng các tính chất vật liệu chỉ của một lớp đơn, loại bỏ cần thiết phải chế tạo toàn bộ composite.
Từ khóa
#chùm composite laminate #viscoelastic #phương pháp phần tử hữu hạn #lý thuyết độ cứng tương đương #kỹ thuật quy trình trực tiếpTài liệu tham khảo
Alaimo, A., Davì, G., Milazzo, A., Orlando, C.: Analytical solution for composite layered beam subjected to uniformly distributed load. Mech. Adv. Mat. Struct. 24(16), 1315–1324 (2017)
ASTM D4762-04, Standard Guide for Testing Polymer Matrix Composite Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA (2004). www.astm.org
Bhattacharjee, A., Ganguly, K., Roy, H.: An operator based novel micromechanical model of viscoelastic hybrid woven fibre-particulate reinforced polymer composites. Eur. J. Mech. A, Solids 83, 104044 (2020)
Chandrashekhara, K., Krishnamurthy, K., Roy, S.: Free vibration of composite beams including rotary inertia and shear deformation. Compos. Struct. 14(4), 269–279 (1990)
Desai, Y.M., Ramtekkar, G.S.: Mixed finite element model for laminated composite beams. Struct. Eng. Mech. 13(3), 261–276 (2002)
Dutt, J.K., Roy, H.: Viscoelastic modelling of rotor—shaft systems using an operator-based approach, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C. J. Mech. Eng. Sci. 225(1), 73–87 (2011)
Haddad, Y.M., Feng, J.: On the trade-off between damping and stiffness in the design of discontinuous fibre-reinforced composites, Composites Part B. Engineering 34(1), 11–20 (2003)
Hadi, A.S., Ashton, J.N.: Measurement and theoretical modelling of the damping properties of a uni-directional glass/epoxy composite. Compos. Struct. 34(4), 381–385 (1996)
Hetnarski, R.B., West, R.A., Torok, J.S.: Damping of vibrations of layered elastic-viscoelastic beams. Appl. Mech. Rev. 46(11 part 2), S305 (1993)
Infantes, M., Vidal, P., Castro-Triguero, R., Gallimard, L., García-Macías, E., Polit, O.: Forced vibration analysis of composite beams based on the variable separation method. Mech. Adv. Mat. Struct., 1–17 (2019). https://doi.org/10.1080/15376494.2019.1578015
Jafari-Talookolaei, R.A., Abedi, M., Kargarnovin, M.H., Ahmadian, M.T.: Dynamic analysis of generally laminated composite beam with a delamination based on a higher-order shear deformable theory. J. Compos. Mater. 49(2), 141–162 (2015)
Lei, Y., Adhikari, S., Friswell, M.I.: Vibration of nonlocal Kelvin–Voigt viscoelastic damped Timoshenko beams. Int. J. Eng. Sci. 66, 1–13 (2013)
Madenci, E., Ozkilic, Y.O., Gemi, L.: Experimental and theoretical investigation on flexure performance of pultruded GFRP composite beams with damage analyses. Compos. Struct. 242, 112162 (2020)
Ni, R.G., Adams, R.D.: A rational method for obtaining the dynamic mechanical properties of laminae for predicting the stiffness and damping of laminated plates and beams. Composites 15(3), 193–199 (1984)
Obst, A.W., Kapania, R.K.: Nonlinear static and transient finite element analysis of laminated beams. Compos. Eng. 2(5–7), 375–389 (1992)
Ozutok, A., Madenci, E.: Free vibration analysis of cross-ply laminated composite beams by mixed finite element formulation. Int. J. Struct. Stab. Dyn. 13(2), 1250056 (2013)
Ozutok, A., Madenci, E., Kadioglu, F.: Free vibration analysis of angle-ply laminate composite beams by mixed finite element formulation using the Gâteaux differential. Sci. Eng. Compos. Mater. 21(2), 257–266 (2014)
Reddy, J.N.: An evaluation of equivalent-single-layer and layerwise theories of composite laminates. Compos. Struct. 25(1–4), 21–35 (1993)
Rikards, R., Chate, A., Barkanov, E.: Finite element analysis of damping the vibrations of laminated composites. Comput. Struct. 47(6), 1005–1015 (1993)
Roy, H., Dutt, J.K., Dutt, P.K.: Dynamics of multilayered viscoelastic beams. Struct. Eng. Mech. 33(4), 391–406 (2009)
Rychlewski, J.: On Hooke’s law. J. Appl. Math. Mech. 48(3), 303–314 (1984)
Shi, G., Lam, K.Y.: Finite element vibration analysis of composite beams based on higher-order beam theory. J. Sound Vib. 219(4), 707–721 (1999)
Suarez, S.A., Gibson, R.F., Sun, C.T., Chaturvedi, S.K.: The influence of fibre length and fibre orientation on damping and stiffness of polymer composite materials. Exp. Mech. 26(2), 175–184 (1986)
Zhai, Y., Wang, S., Liang, S.: Structural optimization of composite beams with multilayered viscoelastic cores. Mech. Adv. Mat. Struct. 27, 119–127 (2018). https://doi.org/10.1080/15376494.2018.1472322