مطالعه عددی و تجربی تاثیر نواقص هندسی بر بار کمانش تحت نیروی محوری در استوانه های کامپوزیتی سوراخ‌دار و بدون سوراخ

استوانه‌های جدارنازک به علت وجود نواقصی که به طور ناخواسته و البته اجتناب ناپذیر در حین ساخت قطعه، جابجایی یا در هنگام نصب بوجود می‌آید و یا در طبیعت مواد سازنده قطعه وجود دارد تحت بار‌های فشاری محوری در باری کمتر از بار شکست بحرانی دچار کمانش می‌شوند. امروزه برای طراحی استوانه‌های جدار نازک از گزارش nasa sp-8007 استفاده می‌شود که استخراج آن حاصل از آزمون‌های کمانش استوانه‌های فلزی است و برای استوانه‌های کامپوزیتی طراحی نشده گرچه در زمینه استوانه های کامپوزیتی نیز از آن استفاده می‌شود و علاوه بر آن نتایجی بسیار محتاطانه را پیش‌بینی می‌کند. روش‌های اعمال نواقص هندسی شامل روش اصلاح شده استفاده از شکلمود‌های حاصل از حل خطی کمانش (m-lbmi) و اعمال بار تحریک کننده عرضی (spli) برای استوانه‌های بدون سوراخ و با سوراخ‌ دایروی در این مقاله انجام شده است. برای تایید نتایج عددی استوانه های کاپوزیتی جدار نازک با لایه چینی [90/+23/23/90] ساخته شده و تحت بار فشاری محوی آزمون کمانش شدند. نتایج تجربی بدست آمده دقت نتایج عددی را تایید می نماید. همچنین نشان داده شد در استوانه‌ بدون سوراخ اعمال نواقص هندسی باعث افت زیاد بار کمانش در مقایسه با حالت بدون اعمال نواقص هندسی است ولی در استوانه‌های با وجود سوراخ، اعمال نواقص هندسی تاثیری کمتر از 10% در کاهش بار کمانش دارند که این پدیده نشان دهنده اهمیت تاثیر وجود سوراخ بر روی کمانش در مقایسه با وجود نواقص هندسی است.

Experimental and numerical examination of the effect of geometrical imperfection on buckling load in axially compressed composites cylinder with and without cutout

When a cylindrical shell subject to a compressive load, because of various imperfections happened during processes as manufacturing, handling, assembling and machining, buckling occurs in loads lower than corresponding static failure load. Still many of cylindrical shell structures are designed against buckling based on experimental data introduced by NASA SP8007 as conservative lower bound curves. In the manuscript, nonlinear methods of Modified Linear Buckling Modeshape Imperfections (MLBMI) and Simple Perturbation Load Imperfections (SPLI) for composite cylindrical shell with and without cutout are investigated. In order to evaluate the numerical results composite cylinder with stacking sequence of [90/+23/23/90] are manufactured by using filament winding method and buckling tests are performed under axial loading. Nonlinear numerical results in cylinder with and without cutout are close together and have good agreement with experimental data. . It was concluded that buckling load predicted by SPLI and modified LBMI method on cylinder with cutout is close to result of case without apply geometric imperfections. In summary, it was concluded that cutout on the cylinder body act as an imperfection to trigger buckling of the structures so there is no need to apply geometrical imperfections.