تحلیل ارتعاشات آزاد غیرخطی ورق کامپوزیت در بدنه قطارهای پرسرعت

تحلیل ارتعاشات ورق از موضوعات مهم در زمینه طراحی بدنه واگن قطار پرسرعت است. سازه مورد استفاده در بدنه واگن قطار تحت بارهای دینامیکی قرار می گیرند، به همین خاطر تحلیل ارتعاش آن و به دست آوردن میزان خیز و خمش سازه در طراحی آن مورد اهمیت است. ورق مورد استفاده در بدنه واگن قطار پرسرعت از نوع کامپوزیت است. ورق کامپوزیتی به خاطر مزایای زیاد نسبت به سایر ورق ها همچون وزن کم، استحکام بالا و چه از لحاظ صرفه اقتصادی مورد توجه هستند. در این مقاله به تحلیل ارتعاشات آزاد غیرخطی ورق بدنه واگن مورد استفاده در قطارهای پرسرعت پرداخته شده است. ابتدا ورق ساندویچی سه لایه مورد استفاده در بدنه واگن قطارهای پرسرعت را به یک ورق تک لایه ارتوتروپیک معادل تبدیل کرده و معادلات حرکت ورق ارتوتروپ معادل را با استفاده از تئوری ون کارمن مدل و از روش گالرکین حل شده و فرکانس های غیرخطی چهار مود اول سیستم را با استفاده از روش های vim و حل عددی به دست آمده است، در پایان نیز اثر پارامترهای مختلف ورودی مساله روی فرکانس های غیرخطی 4 مود اول بررسی شده است. از مقایسه فرکانس های طبیعی به دست آمده از روش vim با شرایط اولیه نزدیک به صفر نسبت به ارتعاشات خطی اختلاف کمتر از 0/1% مشاهده می شود. از نتایج حاصل شده مشاهده می شود که با افزایش مدول الاستیسیته رویه و افزایش ضخامت رویه و هسته ورق ساندویچی فرکانس های طبیعی افزایش می یابند. همچنین به دلیل غیرخطی بودن معادلات ارتعاشی ورق، با افزایش شرایط اولیه، فرکانس های طبیعی افزایش می یابند.

Nonlinear Free Vibration Analysis of Composite Plate in Car Body of High Speed Trains

Vibration analysis of the plate is an important topic in highspeed train body design. Because of the dynamic loads on plates which are used in the wagon body of the train, vibration analysis and determination of the amount of deflection and bending of the structure is important in wagon design. A plate which is used in the highspeed train is composite plate. Composite plates are considered because of many advantages relative to the other plates, such as low weight, high strength and costeffective. In this paper, the nonlinear free vibration analysis of the used plate in the wagon body of highspeed trains has been presented. First, a three layers sandwich plate used for car body of highspeed trains has been transformed into a single layer equivalent orthotropic plate. VonKarman theory and the Galerkin method have been employed to solving the equations of motion of the equivalent orthotropic plate. The nonlinear natural frequencies of the first four modes of the system have been determined using the numerical and variational iteration methods (VIM). Then the effect of different parameters on the value of nonlinear frequencies of the first four modes has been studied. The Difference lower than 0.1% is observed between the determined natural frequencies by VIM, with initial condition limited to zero, and natural frequencies determined by linear vibration. The results show that natural frequency is increased by increasing elasticity modulus of the face, the thickness of the core and the thickness of the face of the sandwich plate. In addition, because of nonlinearity of plate vibration equations, natural frequencies of composite plate are increased by increasing initial condition.