تحلیل و بهینه سازی لایه چینی و هندسه گشودگی دایروی بر روی کمانش صفحات تخت کامپوزیتی در سازه های هوایی

صفحات دارای گشودگی در سازه های هوایی به طور عمده مورد استفاده قرار می گیرند. به دلیل ضخامت کم آن ها، پدیده کمانش عامل مهمی در طراحی این صفحات می باشد. در این تحقیق پس از معرفی گشودگی ها، علت های ایجاد و دسته بندی آن ها، به بررسی اثرات اندازه گشودگی دایروی مرکزی، لایه چینی و ارتفاع لبه تقویت کننده بر روی کمانش تحت بار فشاری تک محوره پرداخته شده است. یکی از روش های مورد استفاده در طراحی صفحات نازک، استفاده از تقویت کننده های یکپارچه بوده که در نمونه های مورد بررسی، به صورت لبه به آن ها اضافه گردیده است. این بررسی از طریق روش های المان محدود و تست تجربی، انجام می پذیرد. همچنین پارامتر لایه چینی، اندازه گشودگی و ارتفاع لبه تقویت کننده را به عنوان متغیر مد نظر قرار داده و تاثیرات آن ها بر بار کمانش بررسی می شود. پس از حل نمونه هایی از جنس کربن-اپوکسی، در نرم افزار المان محدود ansys، (حدودا 350 نمونه)، محدوده بهینه تغییرات بار کمانشی به ازای اندازه لبه تقویت کننده در گشودگی ها و لایه چینی های مختلف استخراج می شود. لازم به ذکر است که قبل از ورود به حل المان محدود نمونه های مختلف، اعتبار سنجی نتایج نرم افزار ansys با نتایج حاصل از تحقیقات دیگران روی پاسخ کمانشی صفحه کامپوزیتی دارای گشودگی و بدون گشودگی مورد بررسی قرار گرفته، که در این مورد نیز نزدیکی خوبی بین نتایج وجود دارد. در مرحله دوم تحقیق، با انتخاب یک گشودگی مرکزی با اندازه ثابت، 54 نمونه در محدوده ارتفاع بهینه از جنس شیشه- اپوکسی در سه لایه چینی مختلف به روش لایه چینی دستی درون قالب طراحی شده، ساخته می شود. پس از آماده سازی، پخت نمونه ها و طراحی فیکسچر لازم، تست تجربی کمانش این نمونه ها تحت بار فشاری تک محوره، انجام گرفته و نتایج آن استخراج می گردید. همچنین کوپن های استاندارد جهت استخراج مشخصه های مکانیکی ساخته شده و هر یک بر اساس استاندارد مربوطه تست می گردند. این مطالعه نشان داد که مقدار بهینه ای برای پارامترهای متغیر مذکور وجود دارد که در آن ها، مقاومت کمانشی صفحات تقویت شده مرکب، ماکزیمم خواهد بود.