Колебания цилиндрической сэндвич-оболочки с наполнителем, изготовленным с помощью технологии FDM

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2021.04.049
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Выпуск Том 24, № 4, 2021 (декабрь)
Страницы 49–60

 

Авторы

Б. В. Успенский, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: Uspensky.kubes@gmail.com, ORCID: 0000-0001-6360-7430

К. В. Аврамов, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: kvavramov@gmail.com, ORCID: 0000-0002-8740-693X

И. И. Деревянко, Государственное предприятие «Конструкторское бюро «Южное» им. М. К. Янгеля» (49008, Украина, г. Днепр, ул. Криворожская, 3), Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: dereviankoii2406@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1477-3173

 

Аннотация

Представлена модель динамического деформирования трёхслойной цилиндрической оболочки с сотовым наполнителем, изготовленным с помощью технологии FDM, и обшивками, армированными направленными углеродными нанотрубками. Рассматривается сотовый наполнитель, изготовленный из термопластика ULTEM 9085. Для анализа напряжённо-деформированного состояния сотового наполнителя использована процедура конечно-элементной гомогенизации. В результате этой процедуры динамический отклик сотового наполнителя моделируется однородным ортотропным материалом, механические свойства которого соответствуют свойствам наполнителя. В основе предложенной модели лежит теория высокого порядка, расширенная для анализа сэндвич-конструкций. Проекции перемещений обшивок раскладываются по поперечной координате вплоть до квадратичных слагаемых. Проекции перемещений сотового наполнителя раскладываются по поперечной координате вплоть до кубических слагаемых. Для обеспечения целостности конструкции используются условия непрерывности перемещений оболочки на стыке слоёв. Исследование линейных колебаний оболочки производится с помощью метода Рэлея-Ритца. Для его применения выводится потенциальная и кинетическая энергии конструкции. Рассмотрены собственные частоты и формы колебаний цилиндрической сэндвич-оболочки, защемлённой с одной стороны. Исследована зависимость форм и частот колебаний от толщины сотового наполнителя и направления армирования обшивок оболочки. Обнаружено, что для собственных форм сэндвич-оболочки характерно меньшее число волн в окружном направлении, а также намного более раннее появление осесимметричных форм. Это означает, что при анализе резонансных колебаний сэндвич-оболочки необходимо учитывать осесимметричные формы. Изменение направления армирования обшивок углеродными нанотрубками позволяет существенно влиять на частоты собственных колебаний оболочки, характеризующихся ненулевым числом волн в окружном направлении. Обнаружено, что этот параметр не влияет на частоты осесимметричных форм рассматриваемой оболочки.

 

Ключевые слова: цилиндрическая сэндвич-оболочка, аддитивные технологии, сотовый наполнитель, нанокомпозитная обшивка, собственные формы, осесимметричная форма колебаний.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  1. Sahu N. K., Biswal D. K., Joseph S. V, Mohanty S. C. Vibration and damping analysis of doubly curved viscoelastic-FGM sandwich shell structures using FOSDT. Structures. 2020. Vol. 26. P. 24–38. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.04.007.
  2. Quyen N. V., Thanh N. V., 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. Paper 107571. https://doi.org/10.1016/j.tws.2021.107571.
  3. Singha T. D., Rout M., Bandyopadhyay T., Karmakar A. Free vibration of rotating pretwisted FG-GRC sandwich conical shells in thermal environment using HSDT. Composite Structures. 2021. Vol. 257. Paper 113144. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113144.
  4. Bacciocchi M., Tarantino A. M. Critical buckling load of honeycomb sandwich panels reinforced by threephase orthotropic skins enhanced by carbon nanotubes. Composite Structures. 2020. Vol. 237. Paper 111904. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.111904.
  5. Li Y., Yao W., Wang T. Free flexural vibration of thin-walled honeycomb sandwich cylindrical shells. Thin–Walled Structures. 2020. Vol. 157. Paper 107032. https://doi.org/10.1016/j.tws.2020.107032.
  6. Duc N. D., Seung-Eock K., Tuan N. D., Tran P., Khoa N. D.  New approach to study nonlinear dynamic response and vibration of sandwich composite cylindrical panels with auxetic honeycomb core layer. Aerospace Sci. and Technology. 2017. Vol. 70. P. 396–404. https://doi.org/10.1016/j.ast.2017.08.023.
  7. Eipakchi H., Nasrekani F. M. Vibrational behavior of composite cylindrical shells with auxetic honeycombs core layer subjected to a moving pressure. Composite Structures. 2020. Vol. 254. Paper 112847. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.112847.
  8. Nath J. K., Das T. Static and free vibration analysis of multilayered functionally graded shells and plates using an efficient zigzag theory. Mech. Advanced Materials and Structures. 2019. Vol. 26. P. 770–788. https://doi.org/10.1080/15376494.2017.1410915.
  9. Chehreghani M., Pazhooh M. D., Shakeri M. Vibration Analysis of a Fluid Conveying Sandwich Cylindrical Shell with a Soft Core. Composite Structures. 2019. Vol. 230. Paper 111470. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111470.
  10. Yang C., Jin G., Liu Z., Wang X., Miao X. Vibration and damping analysis of thick sandwich cylindrical shells with a viscoelastic core under arbitrary boundary conditions. Intern. J. Mech. Sci. 2015. Vol. 92. P. 162–177. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2014.12.003.
  11. Karakoti A., Pandey S., Kar V. R. Free vibration response of P-FGM and S-FGM sandwich shell panels: A comparison. Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 28. P. 1701–1705. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.05.131.
  12. Ramian A., Jafari-Talookolaei R.-A., Valvo P. S., Abedi M. Free vibration analysis of sandwich plates with compressible core in contact with fluid. Thin–Walled Structures. 2020. Vol. 157. Paper 107088. https://doi.org/10.1016/j.tws.2020.107088.
  13. Успенский Б., Аврамов К., Деревянко И., Библик И. К расчету механических характеристик сотовых заполнителей, изготовленных аддитивными технологиями FDM. Авиац.-косм. техника и технология. 2021. Вып. 1. С. 14–20. https://doi.org/10.32620/aktt.2021.1.02.
  14. Avramov K. V., Uspenskyi B. V., Derevianko I. I. Analytical calculation of the mechanical properties of honeycombs printed using the FDM additive manufacturing technology. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2021. Vol. 24. No. 2. P. 16–23. https://doi.org/10.15407/pmach2020.02.014.
  15. Shen H. S. Nonlinear bending of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite plates in thermal environments. Composite Structures. 2009. Vol. 91. Iss. 1. P. 9–19. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2009.04.026.
  16. Wang Q., Qin B., Shi D., Liang Q. A semi-analytical method for vibration analysis of functionally graded carbon nanotube reinforced composite doubly-curved panels and shells of revolution. Composite Structures. 2017. Vol. 174. P. 87–109. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.04.038.
  17. Wang Q., Cui X., Qin B., Liang Q. Vibration analysis of the functionally graded carbon nanotube reinforced composite shallow shells with arbitrary boundary conditions. Composite Structures. 2017. Vol. 182. P. 364–379. https://doi.org/10.1016/j.compstruct. 2017.09.043.
  18. Amabili M., Reddy J.N. A new non-linear higher-order shear deformation theory for large-amplitude vibrations of laminated doubly curved shells. Intern. J. Non-Linear Mech. 2010. Vol. 45. P. 409–418. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2009.12.013.
  19. Деревянко І., Аврамов К., Успенський Б., Саленко А. Eкспериментальний аналіз механічних характеристик деталей ракет-носіїв, виготовлених за допомогою FDM адитивних технологій. Техн. механіка. 2021. Вип. 1. С. 92–100. https://doi.org/10.15407/itm2021.01.092.
  20. Duc N. D., Cong P.H., Tuan N. D., Tran P., Thanh N. V. Thermal and mechanical stability of functionally graded carbon nanotubes (FG CNT)-reinforced composite truncated conical shells surrounded by the elastic foundations. Thin–Walled Structures. 2017. Iss. 115. P. 300–310. https://doi.org/10.1016/j.tws.2017.02.016.

 

Поступила в редакцию 13.10.2021