تحلیل غیرخطی ورق ها و پانل های مخروطی کامپوزیتی با وصله هوشمند تحت بارهای مغناطیسی، الکتریکی، حرارتی و مکانیکی

در این پژوهش، فرمول بندی تئوری و حل عددی برای ورق ها و پوسته های کامپوزیتی چند لایه ارائه خواهد شد. هدف مطالعه ی پاسخ استاتیکی و دینامیکی غیر خطی ورق ها و پوسته های چندلایه ی کامپوزیتی تحت بارگذاری های مختلف الکتریکی، مغناطیسی، حرارتی و مکانیکی و با شرایط مرزی گوناگون می باشد. با در نظر گرفتن اثرات تغییر شکل برشی و انحناء اولیه و بر اساس تئوری مرتبه اول برشی و غیر خطی هندسی از نوع فون-کارمن، سیستم معادلات حاکم بر مساله استخراج گردیده است. برای حل دستگاه معادلات دیفرانسیل جزئی غیر خطی از روش عددی دیفرانسیل کوادرچر به همراه تکنیک نیوتن-رافسون استفاده می شود. در حل مسائل دینامیکی و برای یافتن پاسخ گذرای ورق ها و پوسته های کامپوزیتی از روش نیومارک به همراه دو روش مذکور استفاده خواهد شد. با استفاده از روش بیان شده، معادلات حاکم در همان شکل اصلی خود و نه در فرم ضعیف شده آنها، تحلیل می گردند. همچنین در ارضای شرایط مرزی کلیه ی شرایط مرزی ضروری و طبیعی همزمان مدنظر قرار گرفته و ارضا می شود. روش های گوناگونی برای ساخت پوسته های چند لایه ی کامپوزیتی وجود دارد و پوسته ی تولید شده در هر روش به لحاظ ساختار و نوع اورتوتروپی متفاوت خواهد بود. در این پژوهش سعی شده است تفاوت در ساختار این پوسته ها از نظر نوع اورتوتروپی و تغیرات در ضخامت یا سفتی در نظر گرفته شود. معادلات استخراج شده برای تحلیل این پوسته ها، با در نظر گرفتن زاویه پیچش متغیر برای الیاف و ضخامت متغیر برای هر لایه می باشد. لذا دستگاه معادلات حاکم، یک دستگاه معادلات دیفرانسیل جزئی غیرخطی با ضرایب متغیر می باشد. روش هایی مانند رشته پیچی و لایه گذاری برای تولید این پوسته ها در نظر خواهد شد و در هر مورد نحوه ی تغییرات زاویه ی الیاف و ضخامت پوسته تشریح می شود. انواع مختلف پوسته مقایسه شده و تاثیر در نظر گرفتن پارامترهای فوق روی نتایج نشان داده می شود. از آنجا که روش دیفرانسیل کوادرچر در پیش بینی پاسخ برای مسائلی که دارای اثرات موضعی هستند مانند پوسته های دارای وصله یا بار گذاری موضعی بسیار ناتوان است، برای حل این مسایل از روش تقسیم بندی فضای حل استفاده می شود. نحوه ی استفاده از این تکنیک و نوشتن معادلات برای هر قطاع و نحوه ی ارضای شرایط لازم در مرز قطعات تبیین خواهد شد. با استفاده از روش بیان شده، ورق ها و پوسته های دارای بارگذاری موضعی و وصله هوشمند تحت بارگذاری الکتریکی و مغناطیسی مورد مطالعه قرار گرفته اند. مقایسه ی نتایج با نتایج موجود در تاریخچه و تحلیل های المان محدود حاکی از دقت بسیار خوب روش می باشد. نتایج نشان می دهد که روش از کارایی بسیار خوبی به ازای نقاط گرهی و تعداد تکرار کم، در تحلیل های مختلف خطی و غیر خطی برخوردار است. در هر بخش نتایج متنوع تری از نظر نوع شرایط مرزی و بارگذاری های مختلف الکتریکی، مغناطیسی، حرارتی و مکانیکی ارائه شده است که می تواند مورد استفاده تحقیقات آینده قرار بگیرد.