بررسی رفتار غیرخطی پوسته‌های چندلایه نسبتاً ضخیم تحت بارگذاری جانبی

در مقاله حاضر رفتار غیرخطی هندسی پوسته‌های استوانه‌ای و کروی ساخته شده از مواد مرکب چندلایه تحت بارگذاری جانبی با استفاده از روش اجزای محدود مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. به‌دلیل وجود تغییر شکل‌های بزرگ، مسئله با حضور عبارت‌های کرنش غیرخطی در نظر گرفته شده است. خواص مواد چندلایه به‌صورت الاستیک خطی و غیر ایزوتروپ فرض شده است. روابط سازگاری در المان بر اساس فرمول‌بندی پوسته‌های کم‌عمق و بر اساس تئوری مرتبه اول برش عرضی توسعه داده شده است. برای تحلیل پوسته‌ها المان دوخطی (4 گره‌ای) با هزینه‌ی محاسباتی پایین معرفی شده و کلیه‌ی محاسبات المانی در دستگاه مختصات طبیعی المانی انجام گرفته است. شعاع انحنای هندسه مستقیماً در فرمولاسیون المانی قرار گرفته و اثرات انحنا در دو راستا در محاسبات مربوط به هر المان وارد می‌شود. با توجه به این‌که رفتار نوعی پوسته‌های دارای انحنا با تغییرشکل‌های بزرگ تحت بارگذاری جانبی نیاز به تحلیلی فراتر از نقطه‌ی حدی دارد، الگوریتم طول کمان توسعه داده شده است تا این مسئله و پدیده تبدیل مود قابل پیش‌بینی باشد. کد عددی تهیه شده در زبان برنامه‌نویسی متلب توانایی تحلیل هر نوع پوسته با هندسه فضایی را داراست. پس از صحت‌سنجی، تحلیل حساسیت رفتار غیرخطی پوسته‌های انحنادار نسبت به تغییر در آرایش لایه‌چینی و شرایط مرزی انجام گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که المان توسعه داده شده با وجود درجات آزادی و هزینه محاسباتی کم، دقت مناسبی را ارائه می‌کند.

Geometrically nonlinear analysis of moderately thick curved composite panels under lateral load

In the present paper the geometrically nonlinear analysis of single and doubly curved shells is investigated using finite element method. The finite element formulation includes the nonlinear strain terms in order to take the large deformation effects in to account. The material behavior is assumed to be orthotropic linear elastic. The problem is formulated based on the shallow doubly curved shell theory using first order shear deformation theory of shells. A precise high performance 4 noded bilinear doubly curved element is presented. All FEM calculations carried out in the elemental natural coordinate system. The developed special element have the curvature effects along two main in plane directions inside its formulation. The full equilibrium path of the geometrically nonlinear problem of shells has been extracted using the arc length algorithm. Using arc length algorithm, the method can follow the panel equilibrium path beyond the possible limit points and also is able to anticipate the snap through phenomena. A MATLAB program code is developed. Some case studies are considered and the results are compared to available ones in the literature. The results show that in spite of its relatively low degrees of freedom, the developed formulation is capable to predict the equilibrium path of thin to moderately thick curved panels precisely.