تحلیل ارتعاشات آزاد ورق ساندویچی با هسته مگنتورئولوژیکال و لایه‌هایی از مواد مدرج تابعی
محورهای موضوعی : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی
فرزاد شهریاری
1
,
مهدی شکارزاده
2
1 - گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد اهواز، اهواز، ایران.
2 - گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد اهواز، اهواز، ایران.
کلید واژه: ورق ساندویچی, مگنتورئولوژیکال, ﭘﯿﺰواﻟﮑﺘﺮﯾﮏ, روش انرژی, اصل همیلتون,
چکیده مقاله :
در این مقاله، به بررسی ارتعاشات یک ورق ساندویچی پرداخته می‌شود که دارای هسته‌ای با ویژگی‌های مگنتورئولوژیکال و لایه‌های فوقانی و تحتانی از مواد پیزوالکتریک هدفمند است. در این ساختار، هسته و لایه‌ها به ترتیب تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی واکنش نشان می‌دهند. برای استخراج معادله ساختاری این ورق، ابتدا روابط ویژه هر لایه به طور جداگانه با استفاده از تئوری ورق کلاسیک بیان شده است. سپس با استفاده از روش انرژی و اصل همیلتون، معادلات دیفرانسیلی حاکم بر حرکت سیستم به دست آمده است. به دلیل وجود کوپل در معادلات، از روش ناویر که قابلیت تحلیل شرایط مرزی ساده را دارد، برای حل استفاده شده است. در نهایت، تأثیر عوامل مختلفی چون نوع ماده مگنتورئولوژیکال به عنوان هسته، نسبت ضخامت هسته به لایه‌ها، و شدت میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی بر فرکانس‌های طبیعی بی‌بعد ورق ساندویچی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که اعمال میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی تأثیر قابل توجهی در افزایش فرکانس‌های طبیعی بی‌بعد ورق دارد. همچنین، افزایش ضخامت لایه و نسبت طول به عرض ورق منجر به کاهش فرکانس طبیعی می‌شود. از میان سه نوع هسته مورد بررسی، نتایج نشان‌دهنده استحکام بیشتر هسته نوع دوم در ساختار ساندویچی است. یافته‌های این تحقیق می‌تواند در صنایع مختلفی از جمله نفت، گاز، پتروشیمی، هوافضا، دریایی و خودروسازی مورد استفاده قرار گیرد.
In this paper, the vibrations of a sandwich panel with a magnetorheological core and upper and lower layers made of targeted piezoelectric materials are examined. In this structure, the core and layers respond to magnetic and electric fields, respectively. To derive the structural equation of this panel, the special relations for each layer are first expressed separately using classical plate theory. Then, using the energy method and Hamilton's principle, the differential equations governing the motion of the system are obtained. Due to the coupling in the equations, the Navier method, which is capable of analyzing simple boundary conditions, is used for the solution. Finally, the effects of various factors such as the type of magnetorheological material used as the core, the thickness ratio of the core to the layers, and the intensity of the magnetic and electric fields on the dimensionless natural frequencies of the sandwich panel are investigated. The results show that applying electric and magnetic fields has a significant impact on increasing the dimensionless natural frequencies of the panel. Additionally, increasing the layer thickness and the length-to-width ratio of the panel leads to a reduction in the natural frequency. Among the three types of cores examined, the results indicate that the second type of core exhibits greater strength in the sandwich structure. The findings of this research can be utilized in various industries, including oil, gas, petrochemicals, aerospace, marine, and automotive.
[1] Nayak, B., Sastri, J.B.S., Dwivedy, S.K., Murthy, K.K., )2012). A comparative study of the classical and higher order theory for free vibration analysis of MRE cored sandwich beam with composite skins using finite element method. In IEEE-International Conference On Advances In Engineering, Science And Management (ICAESM) , pp 172-178. IEEE,.
[2] Nayak, B., Dwivedy, S.K., Murthy, K.S.R.K., (2013). Vibration analysis of a three-layer magnetorheological elastomer embedded sandwich beam with conductive skins using finite element method. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 227(4), pp 714-729.
[3] Ying, Z.G., Ni, Y.Q., (2009). Micro-vibration response of a stochastically excited sandwich beam with a magnetorheological elastomer core and mass. Smart materials and structures, 18(9), p 095005.
[4] Manoharan, R., Vasudevan, R., Jeevanantham, A.K., (2014). Dynamic characterization of a laminated composite magnetorheological fluid sandwich plate. Smart Materials and Structures, 23(2), p 025022.
[5] Ying, Z., Chen, H., Ni, Y., (2012). Magnetorheological visco-elastomer and its application to suppressing microvibration of sandwich plates. In Third International Conference on Smart Materials and Nanotechnology in Engineering , 8409, pp 356-363. SPIE.
[6] Aguib, S., Nour, A., Zahloul, H., Bossis, G., Chevalier, Y., Lançon, P.,( 2014). Dynamic behavior analysis of a magnetorheological elastomer sandwich plate. International Journal of Mechanical Sciences, 87, pp 118-136.
[7] Ramamoorthy, M., Rajamohan, V., AK, J., (2016). Vibration analysis of a partially treated laminated composite magnetorheological fluid sandwich plate. Journal of Vibration and Control, 22(3), pp 869-895.
[8] Yeh, J.Y., (2014). Vibration characteristics analysis of orthotropic rectangular sandwich plate with magnetorheological elastomer. Procedia Engineering, 79, pp 378-385.
[9] Malekzadeh,, K., Payganeh, G., Saghavaz, F.R., (2015). Free vibration and Low velocity impact Analysis of sandwich plates with Smart Flexible cores. Modares Mechanical Engineering, 14(13).
[10] Eshaghi, M., Sedaghati, R., Rakheja, S., (2017). Vibration analysis and optimal design of multi-layer plates partially treated with the MR fluid. Mechanical Systems and Signal Processing, 82, pp 80-102.
[11] Yang, C., Jin, G., Ye, X., Liu, Z., (2016). A modified Fourier–Ritz solution for vibration and damping analysis of sandwich plates with viscoelastic and functionally graded materials. International Journal of Mechanical Sciences, 106, pp 1-18.
[12] Zhong, Z. and Yu, T., 2006. Vibration of a simply supported functionally graded piezoelectric rectangular plate. Smart materials and structures, 15(5), pp 1404-1412.