تحلیل کمانش پوسته‌های استوانه‌ای کامپوزیتی هیبریدی تقویت شده با الیاف حافظه‌دار در محیط گرمایی

وسایل پرنده سرعت بالا به‌دلیل حرارت آیرودینامیک عموما تحت تاثیر تغییرات دمایی می‌باشند که این باعث کاهش عملکرد در اثر ناپایداری می‌شود. آلیاژهای حافظه‌دار به‌دلیل تولید نیروی کششی بزرگ با افزایش دما، می‌توانند جهت تقویت چنین سازه‌هایی مورد استفاده قرار گیرند. در این پژوهش، کمانش محوری پوسته‌های استوانه‌ای کامپوزیتی تقویت شده با الیاف حافظه‌دار نایتینول مطالعه شده است. خواص الیاف حافظه‌دار با استفاده از مدل برینسون محاسبه و معادلات حاکم بر اساس تئوری کلاسیک پوسته با در نظر گرفتن غیرخطی هندسی ون کارمن و تقریب اول لاو به کمک حالت استاتیکی جابجایی مجازی استخراج شده است. برای حل معادلات از روش مربعات تفاضلی تعمیم‌یافته در جهت طولی استفاده گردیده و اثر پیش کرنش، کسر حجمی و موقعیت الیاف حافظه‌دار بر بار بحرانی کمانش پوسته‌های استوانه‌ای در شرایط مرزی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد، استفاده درصد کمی از الیاف حافظه‌دار دارای پیش کرنش، بار بحرانی کمانش را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. همچنین، استفاده از الیاف حافظه‌دار در جهت طولی و در لایه نزدیک به سطح داخلی استوانه نتیجه مطلوبی در افزایش بار بحرانی کمانش دارد.

Buckling analysis of hybrid laminated composite cylindrical shells reinforced with shape memory alloy fibers in thermal environment

Highspeed flying objects are subjected to temperature variation caused by aerodynamic heat, which reduces flight performance due to instability. Due to high tensile force generated by increasing temperature, Shape Memory Alloys (SMA) may be used to reinforce these structures. In this study, the axial buckling of composite cylindrical shells reinforced with SMA fibers made of Nitinol is studied. Properties of SMA fibers are determined using the Brinson’s constitutive model. Governing equations are derived using classical shell theory with the VonKarman type of geometrical nonlinear in conjunction with Love’s first approximate accompanied with the static mode of virtual displacement principle. To solve the governing equations generalized differential squares method are used in longitudinal direction. The effect of prestrain, volume fraction and position of SMA fibers on the critical load of the cylindrical shells are investigated. Results show that shell reinforcement with small percentage of prestrained SMA fibers significantly increases the critical load. Also, the use of SMA fibers in the longitudinal direction and in the layer close to the inner surface of the cylinder has a favorable result in increasing the critical load.