مطالعه تجربی و عددی رفتار استاتیکی ورق‌های مرکب دوپایای متشکل از سه نوار فلزی در لایه میانی

در این پژوهش، چینش جدیدی از ورق‌های مرکب هیبریدی دوپایا متشکل از الیاف کربن تک‌جهته با زاویه 90درجه در قسمت بالایی و پایینی ورق و نوارهای فلزی و الیاف کربن تک‌جهته با زاویه صفر در قسمت میانی معرفی شده است. رفتار استاتیکی ورق با روش اجزای محدود و به‌صورت تجربی، مطالعه و بررسی شده است. این سازه برخلاف ورق‌های مرکب دوپایای معمول دارای دو حالت پایدار مشابه و نیروی پرش یکسان است. راستای انحنای اصلی ورق در هر دو حالت پایدار، یکسان ولی در جهت عکس یکدیگر است و هنگام تغییر شکل بین دو حالت پایدار تغییر نمی‌کند. این ویژگی در ساخت سازه‌های مورفینگ می‌تواند جالب و پرکاربرد باشد. در روش اجزای محدود با استفاده از نرم‌افزار آباکوس اثر پارامترهای مختلف مانند عرض و خواص مکانیکی نوارها، ضخامت لایه‌ها و طول جانبی بر رفتار استاتیکی ورق مورد مطالعه قرار گرفته است. به‌منظور اعتبارسنجی نتایج به‌دست‌آمده از روش اجزای محدود، تعدادی ورق با چینش و مشخصات هندسی مختلف ساخته شده است. مقادیر انحنای اصلی، جابجایی خارج از صفحه و نیروی پرش ناگهانی به‌صورت تجربی، اندازه‌گیری و با نتایج روش اجزای محدود مقایسه و سازگاری مناسبی مشاهده شده است. نتایج به‌دست‌آمده، نشان می‌دهد که می‌توان انحنای اصلی و قابلیت تحمل پذیری بار این سازه‌ها را بر اساس نوع کاربرد آنها با تغییر پارامترهای طراحی مانند عرض یا جنس نوارها، ضخامت لایه‌ها به میزان دلخواه تغییر داد.

Experimental and Numerical Study of Static Behavior of Bi-stable Hybrid Composite Laminates Containing Three Metallic Strips in its Middle Layer

This study introduces a new layups of bistable hybrid composite laminate (BHCL) which consists of 90 ° unidirectional composite laminas in the upper and lower layers and metallic strips distributed along with the middle layer of 0 ° unidirectional composite laminas in the middle layer. The static characteristics of the laminates were investigated using the finite element (FE) method and were experimentally validated. The two stable configurations of laminate have identical curvatures with opposite signs. The curvature direction of the proposed BHCLs does not change during snapthrough between stable states. This feature will give the engineers more freedom to design morphing structures with desired specifications. The effect of the width, thickness, and material properties of the strips and laminate side length on the static characteristics of the laminate were numerically investigated using the finite element method through Abaqus software. Several BHCLs with different materials, layup and dimension were fabricated for verification of the results. The curvatures, out of plane displacement, and the static snapthrough load of the laminates were determined experimentally and compared with the results of the finite element method. A good qualitative and quantitative agreement was observed between the FE and the experimental results. The results show that it is possible to adjust residual curvature and loadcarrying capability by changing the width, thickness, and material of the strips and laminate geometry.