Аналіз лінійних коливань композитної сандвіч-конічної оболонки, виготовленої адитивними технологіями

Автори

К. В. Аврамов, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: kvavramov@gmail.com, ORCID: 0000-0002-8740-693X

Б. В. Успенський, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: Uspensky.kubes@gmail.com, ORCID: 0000-0001-6360-7430

Б. Г. Любарський, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» (61002, Україна, м. Харків, вул. Кирпичова, 2), ORCID: 0000-0002-2985-7345

О. А. Смецьких, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» (61002, Україна, м. Харків, вул. Кирпичова, 2), ORCID: 0009-0005-0238-9712

Анотація

Сандвіч-конічна оболонка з пружним стільниковим заповнювачем, що досліджується в цій роботі, виготовляється адитивними технологіями та має три шари. Стільниковий заповнювач виробляється із матеріалу ULTEM, а горішні й долішні лицеві шари конструкцій – із вуглепластику. Кожен шар конструкцій є ортотропним матеріалом і задовольняє закону Гука. Завдяки процедурі гомогенізації, яка використовує метод скінчених елементів, замість стільникового заповнювача отримаємо еквівалентне ортотропне середовище. Пружні властивості цього середовища задовольняють закону Гука. Модифікована теорія зсуву високого порядку застосовується для моделювання деформування конструкцій. Деформування кожного шару конструкцій описуються п’ятьма змінними, до яких відносять три проєкції переміщень серединної поверхні і два кута повороту нормалі до серединної поверхні. Для розрахунку переміщень шарів використовуються граничні умови для напружень і граничні умови, які описують неперервність переміщень на межах шарів. Коливання тришарової сандвіч-оболонки розкладаються по базисних функціях, які задовольняють кінематичним граничним умовам. Для дослідження коливань використовується метод Релєя-Рітца. Параметри коливань конструкцій розраховуються із проблеми власних значень. Для верифікацій отриманих результатів власні частоти порівнюються з даними скінчено елементного моделювання. Як випливає із розрахунків, власні частоти, отримані методом Релєя-Рітца й методом скінченних елементів, близькі. Спектр власних частот дуже щільний. Мінімальна власна частота коливань спостерігається при числі хвиль у коловому напрямку рівнім одиниці.

Ключові слова: сандвіч-конічна оболонка, стільниковий заповнювач, лінійні коливання.

Повний текст: завантажити PDF

Література

1. Karimiasl M., Ebrahimi F. Large amplitude vibration of viscoelastically damped multiscale composite doubly curved sandwich shell with flexible core and MR layers. Thin-Walled Structures. 2019. Vol. 144. Article 106128. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.04.020.
2. Karimiasl M., Ebrahimi F., Mahesh V. Nonlinear forced vibration of smart multiscale sandwich composite doubly curved porous shell. Thin-Walled Structures. 2019. Vol. 143. Article 106152. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.04.044.
3. Cong P. H., Khanh N. D., Khoa N. D., Duc N. D. New approach to investigate nonlinear dynamic response of sandwich auxetic double curves shallow shells using TSDT. Composite Structures. 2018. Vol. 185. P. 455–465. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.11.047.
4. Yadav A., Amabili M., Panda S. K., Dey T., Kumar R. Forced nonlinear vibrations of circular cylindrical sandwich shells with cellular core using higher-order shear and thickness deformation theory. Journal of Sound and Vibration. 2021. Vol. 510. Article 116283. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2021.116283.
5. Van Quyen N., Van Thanh N., Quan T. Q., Duc N. D. Nonlinear forced vibration of sandwich cylindrical panel with negative Poisson’s ratio auxetic honeycombs core and CNTRC face sheets. Thin-Walled Structures. 2021. Vol. 162. Article 107571. https://doi.org/10.1016/j.tws.2021.107571.
6. Zhang Y., Li Y. Nonlinear dynamic analysis of a double curvature honeycomb sandwich shell with simply supported boundaries by the homotopy analysis method. Composite Structures. 2019. Vol. 221. Article 110884. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.04.056.
7. Neigapula V. S. N., Sinha P. K. Nonlinear free vibration analysis of laminated composite shells in hygrothermal environments. Composite Structures. 2007. Vol. 77. P. 475–483. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2005.08.002.
8. Li C., Shen H.-S., Wang H., Yu Z. Large amplitude vibration of sandwich plates with functionally graded auxetic 3D lattice core. International Journal of Mechanical Sciences. 2020. Vol. 174. Article 105472. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.105472.
9. Li Y., Li F., He Y. Geometrically nonlinear forced vibrations of the symmetric rectangular honeycomb sandwich panels with completed clamped supported boundaries. Composite Structures. 2011. Vol. 93. Iss. 2. P. 360–368. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2010.09.006.
10. Reinaldo Goncalves B., Jelovica J., Romanoff J. A homogenization method for geometric nonlinear analysis of sandwich structures with initial imperfections. International Journal of Solids and Structures. 2016. Vol. 87. P. 194–205. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2016.02.009.
11. Catapano A., Montemurro M. A multi-scale approach for the optimum design of sandwich plates with honeycomb core. Part I: Homogenisation of core properties. Composite Structures. 2014. Vol. 118. P. 664–676. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2014.07.057.
12. Amabili M. Nonlinear mechanics of shells and plates in composite, soft and biological materials. Cambridge: Cambridge University Press, 2018. https://doi.org/10.1017/9781316422892.

Надійшла до редакції 11.12.2024

Прийнята 15.01.2025