تحلیل ارتعاشات آزاد ورق ساندویچی هدفمند معیوب با رویه‌های پیزوالکتریک با استفاده از تئوری هایپربولیک جدید

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی‌ ارشد / دانشکده تحصیلات تکمیلی، دانشگاه علوم‌ و‌ فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

2 عضو هیات علمی / دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

3 مربی / دانشکده هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش اثر معیوب بودن ماده بر روی پاسخ ارتعاشات آزاد ورق ساندویچی هدفمند با رویه‌های پیزوالکتریک موردمطالعه قرار می‌گیرد. یک تابع تغییر شکل برشی هایپربولیک جدید در این مقاله ارائه‌شده است. خواص مواد هدفمند با توزیع توان تابع تغییرات خواص در راستای ضخامت تغییر می‌کند. ساختار این مواد در طی فرآیند تولید نمی‌تواند کاملاً مطابق با الگوی مدنظر باشد که این موضوع منجر به تولید ماده هدفمند معیوب می‌شود. ازاین‌رو در این پژوهش، یک مدل سالم و دو نوع مدل معیوب برای تابع تغییرات خواص در نظر گرفته‌شده است. معادلات دیفرانسیل حاکم با استفاده از اصل همیلتون و با استفاده از روش ناویر حل شده است. اثرات پارامترهای مهم هندسی و مکانیکی شامل نسبت ضخامت به طول، نسبت طول به عرض، نسبت ضخامت هسته هدفمند به لایه پیزوالکتریک و اثر پتانسیل الکتریکی بر روی پاسخ فرکانس طبیعی ورق ساندویچی با هسته هدفمند معیوب و رویه‌های پیزوالکتریک بررسی‌شده است. جهت اعتبارسنجی، نتایج تحلیلی به‌دست‌آمده در این پژوهش با نتایج ارائه‌شده در مقالات مقایسه شده ‌است و در این مقایسه تطابق خوبی حاصل گردید که نشان از صحیح بودن تئوری جدید، روند استخراج و حل معادلات است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Free vibration analysis of imperfection FG sandwich panel with piezoelectric face sheets using new hyperbolic theory

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hossein Habibi 1
  • Mostafa Livani 2
  • Mohammad Meskini 3
1 Master student, Department of Graduate Studies, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Department of Aerospace Engineering, Air University of Shahid Sattari, Tehran, Iran
3 Instructor, Department of Aerospace Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, the effect of material imperfection on the free vibration response of FG sandwich panel with piezoelectric face sheets is studied. A new hyperbolic shear deformation function is presented in this paper. The properties of the FG core varied along the thickness according to power law. The material composition in production process cannot be completely in accordance with the expected pattern, which leads to the production of imperfect FG material. Hence in this research, one perfect model and two types of imperfect models have been considered. The governing differential equations are derived using the Hamilton’s principle and solved using the Navier method. The effects of important geometric and mechanical parameters of perfect model and two types of imperfect model including thickness to length ratio, length to width ratio, FGM core to piezoelectric layer thickness ratio and electrical potential on natural frequency response of imperfect FG sandwich panel with piezoelectric face sheets are investigated. To verification, the analytical results obtained in this study are compared with the results presented in the literature, and in this comparison, a good agreement was obtained, which shows the correctness theory, deriving and solving equations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Free Vibration
  • Imperfect FGM
  • Piezoelectric
  • New hyperbolic theory
  • Hamilton’s Principal

مراجع

[1] M. Arefi, M. Meskini, Application of hyperbolic shear deformation theory to free vibration analysis of functionally graded porous plate with piezoelectric face-sheets, Structural Engineering and Mechanics, Vol. 71, No. 5, pp. 459-467, 2019.
[2] M. Livani, Three dimensional bending analysis of multi-directional functionally graded annular sector thick plates, Aerospace Knowledge and Technology Journal, Vol. 9, No. 1, pp. 113-124, 2020. (in Persian)
[3] S. E. Kim, N. D. Duc, V. H. Nam, N. V. Sy, Nonlinear vibration and dynamic buckling of eccentrically oblique stiffened FGM plates resting on elastic foundations in thermal environment, Thin-Walled Structures, Vol. 142, pp. 287-296, 2019.
[4] S. Alimirzaei, M. Mohammadimehr, A. Tounsi, Nonlinear analysis of viscoelastic micro-composite beam with geometrical imperfection using FEM: MSGT electro-magneto-elastic bending, buckling and vibration solutions, Structural Engineering and Mechanics, Vol. 71, No. 5, pp. 485-502, 2019.
[5] M. Habibi, A. R. Mohammadi, H. Safarpour, M. Ghadiri, Effect of porosity on buckling and vibrational characteristics of the imperfect GPLRC composite nanoshell, Mechanics Based Design of Structures and Machines, Vol. 46, No. 6, pp. 1-30, 2019.
[6] M. Bouazza, A. M. Zenkour, Hygro-thermo-mechanical buckling of laminated beam using hyperbolic refined shear deformation theory, Composite Structures, Vol. 252, 2020.
[7] A.R. Rahimi, M. Livani, A. Negahban Boron, Free vibration analysis of functionally graded material beams with transverse crack, Journal of Mechanical Engineering, Vol. 51, No. 1, pp. 277-281, 2021. (in Persian)
[8] V. Kumar, S. J. Singh, V. H. Saran, S. P. Harsha, Exact solution for free vibration analysis of linearly varying thickness FGM plate using Galerkin-Vlasov’s method, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, Vol. 235, No. 4, pp. 880-897, 2021.
[9] V. Do, V. Nguyen, C. H. Lee, Free vibration analysis of FGM plates with complex cutouts by using quasi-3D isogeometric approach, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 159, pp. 213-233, 2019.
[10] C. H. Thai, A. J. M. Ferreira, T. D. Tran, P. Phung-Van, Free vibration, buckling and bending analyses of multilayer functionally graded graphene nanoplatelets reinforced composite plates using the NURBS formulation, Composite Structures, Vol. 220, pp. 749-759, 2019.
[11] O. Civalek, A. K. Baltacıoglu, Free vibration analysis of laminated and FGM composite annular sector plates, Composites Part B: Engineering, Vol. 157, pp. 182-194, 2019.
[12] M. Malikan, V. A. Eremeyev, A new hyperbolic-polynomial higher-order elasticity theory for mechanics of thick FGM beams with imperfection in the material composition, Composite Structures, Vol. 249, 2020.
[13] A. Benachour, H. D. Tahar, H. A. Atmane, A. Tounsi, M. S. Ahmed, A four variable refined plate theory for free vibrations of functionally graded plates with arbitrary gradient, Composites Part B: Engineering, Vol. 42, pp. 1386-1394, 2011.
[14] Z. Belabed, M. S. A. Houari, A. Tounsi, S. R. Mahmoud, O. A. Bég, An efficient and simple higher order shear and normal deformation theory for functionally graded material (FGM) plates, Composites Part B: Engineering, Vol. 60, pp. 274-283, 2014.
[15] F. Zohra Zaoui, D. Ouinas, A. Tounsi, New 2D and quasi-3D shear deformation theories for free vibration of functionally graded plates on elastic foundations. Composites Part B: Engineering, Vol. 159, pp. 231-247, 2019.
[16] A. M. Zenkour, A simple four-unknown refined theory for bending analysis of functionally graded plates, Applied Mathematical Modelling, Vol. 37, pp. 9041-9051, 2013.
[17] S. S. Akavci, A. H. Tanrikulu, Static and free vibration analysis of functionally graded plates based on a new quasi-3D and 2D shear deformation theories. Composites Part B: Engineering, Vol. 83, pp. 203-215,  2015.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار