مطالعه مقایسه ای رفتار ارتعاشی پانل های کامپوزیتی دریایی متشکل از پارچه های دوجهته بافته نشده و بافته شده
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-8 (8)
اصل مقاله (742.28 K)
کد مقاله : 1142-ISAV2022 (R1)
نویسندگان
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
چکیده
طیف گسترده ای از الیاف برای طراحی و استفاده در ساخت سازه های کامپوزیتی موجود است. عوامل مختلفی در انتخاب نوع الیاف تاثیرگذار هستند که از جمله آنها می توان به نوع بارگذاری روی سازه و روش ساخت اشاره کرد. الیاف بافته نشده تک جهته یا دو جهته دارای خواص کششی و فشاری بالایی در داخل صفحه هستند. در حالی که الیاف بافته شده دارای خواص کششی و فشاری پایین تری نسبت به الیاف غیر بافته هستند، اما دارای خواص برشی در صفحه بهتری هستند. همچنین کسر حجمی فیبر برای انواع مختلف الیاف در ترکیب با ماتریس متفاوت است. بنابراین به دلیل چگالی متفاوت الیاف و رزین، رفتار ارتعاشی متفاوتی از این دو نوع الیاف انتظار می رود. این مقاله رفتار ارتعاشی پانل های کامپوزیتی سازه های دریایی متشکل از الیاف تک جهته غی بافت و پارچه های بافته را مقایسه می نماید. ابتدا خواص لایه های کامپوزیت با ضخامت یکسان از این دو نوع الیاف مشخص شده و سپس رفتار ارتعاشی آنها با استفاده از روش اجزای محدود مقایسه می شود. با استفاده از تحلیل مودال، فرکانس‌های حالت‌های ارتعاشی اولیه برای پانل‌های متشکل از دو نوع الیاف بافته شده و بافته نشده استخراج و مقایسه می‌شوند. نتیجه نشان می‌دهد که علی‌رغم مدول الاستیک محوری پایین برای پارچه‌های بافته شده، پانل لمینیت‌شده با لایه‌های الیاف بافته شده دارای رفتار ارتعاشی مشابه با پانل‌هایی است که با لایه‌های غیر بافته دو محوره لمینیت شده‌اند. همچنین شکل شش حالت اول دو پنل با لایه های مختلف (بافته شده و نبافته دو محوره) با هم مشابه هستند.
کلیدواژه ها
Title
Comparative vibrational behavior study of marine composite panels consisting of bidirectional non-woven and woven fabrics
Authors
yousof amirian, Mehdi Saeed Kiasat
Abstract
A wide range of fibers are available for design and use in the construction of composite structures. There are various factors influencing the choice of fiber type such as the type of loading on the structure, and the construction method. Unidirectional or bidirectional non-woven fibers have high in-plane tensile and compressive properties. While woven fibers have lower in-plane tensile and compressive properties than non-woven fibers, they have better in-plane shear properties. Also, the fiber volume fraction is different for various types of fibers in composition with matrix. Therefore, due to different density of fibers and resin, different vibrational behaviors are expected for these two types of fibers. This article compares the vibration behavior of composite panels for marine structures consisting of bidirectional non-woven as well as woven fabrics. First, the properties of a composite lamina with the same thickness from these two types of fibers are determined, and then their vibration behaviors are com-pared using the finite element method. By means of modal analysis, the frequencies of the primary vibration modes for panels consisting of two types of woven and non-woven fibers will be extracted and compared. The results show that in spite of low axial elastic modulus for woven fabrics, the panel laminated by woven fiber lamina have the same vibration behavior as the panel laminated by biaxial non-woven lamina. Also, the first six mode shapes of the two panels consisting of different lamina (woven and biaxial non-woven) are similar.
Keywords
Areal density, Woven fabric, Vibration characteristics, marine composite structure
مراجع
<p>[1] N. K. Naik and P. S. Shembekar, “Elastic Behavior of Woven Fabric Composites: I—Lamina Analysis,” J. Compos. Mater., vol. 26, no. 15, pp. 2196–2225, 1992, doi: 10.1177/002199839202601502.</p>
<p>[2] Y. P. Lu, H. C. Neilson, and A. J. Roscoe, “On the Vibration Properties of Composite Materials and Structures,” J. Compos. Mater., vol. 27, no. 16, pp. 1598–1605, 1993, doi:10.1177/002199839302701604.</p>
<p>[3] B. Chen and T. W. Chou, “Free vibration analysis of orthogonal-woven fabric composites,” Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., vol. 30, no. 3, pp. 285–297, 1999, doi: 10.1016/S1359- 835X(98)00159-6.</p>
<p>[4] A. Maher, F. Ramadan, and M. Ferra, “Modeling of vibration damping in composite structures,” Compos. Struct., vol. 46, no. 2, pp. 163–170, 1999, doi: 10.1016/S0263- 8223(99)00051-3.</p>
<p>[5] X. Lei, W. Rui, Z. Shujie, and L. Yong, “Vibration characteristics of glass fabric/epoxy composites with different woven structures,” J. Compos. Mater., vol. 45, no. 10, pp. 1069– 1076, 2011, doi: 10.1177/0021998310377943.</p>
<p>[6] M. K. Rath and S. K. Sahu, “Vibration of woven fiber laminated composite plates in hygrothermal environment,” JVC/Journal Vib. Control, vol. 18, no. 13, pp. 1957–1970, 2012, doi: 10.1177/1077546311428638.</p>
<p>[7] Y. Nakanishi, K. Matsumoto, M. Zako, and Y. Yamada, “Finite Element Analysis of Vibration Damping for Woven Fabric Composites,” Key Eng. Mater., vol. 334–335, pp. 213–216, 2007, doi: 10.4028/www.scientific.net/kem.334-335.213.</p>
<p>[8] Y. Bai and W.-L. Jin, “Chapter 14 - Ship Vibrations and Noise Control,” in Marine Structural Design (Second Edition), Second Edition., Y. Bai and W.-L. Jin, Eds. Oxford: ButterworthHeinemann, 2016, pp. 259–273. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-099997-5.00014-9.</p>
<p>[9] N. K. Naik, P. Shrirao, and B. C. K. Reddy, “Ballistic impact behaviour of woven fabric composites: Formulation,” Int. J. Impact Eng., vol. 32, no. 9, pp. 1521–1552, 2006, doi: 10.1016/j.ijimpeng.2005.01.004.</p>
<p>[10] E. Riva and G. Nicoletto, “Modeling and prediction of the mechanical properties of woven laminates by the finite element method,” Fract. Damage Compos., vol. 21, pp. 105–125, 2005, doi: 10.2495/978-1-85312-669-7/05.</p>
<p>[11] S. Z. Sheng and S. Van Hoa, “Three dimensional micro-mechanical modeling of woven fabric composites,” J. Compos. Mater., vol. 35, no. 19, pp. 1701–1729, 2001, doi: 10.1106/PYIX4V9P-RE9L-LDNE.</p>
<p>[12] yousof amirian and mehdi saeed kiasat, “Parametric elastic mechanical properties of multilayers made of woven fibers,” 2022.</p>
<p>[13] DNV GL, “RULES FOR CLASSIFICATION High speed and light craft Part 3 Structures , equipment Chapter 1 Design principles , design loads,” no. December, 2015, [Online]. Available: http://rules.dnvgl.com/docs/pdf/DNVGL/RU-HSLC/2015-12/DNVGL-RUHSLC-Pt3Ch1.pdf</p>
<p>[14] R. B. Hageman and I. Drummen, “Modal analysis for the global flexural response of ships,” Mar. Struct., vol. 63, no. July 2017, pp. 318–332, 2019, doi: 10.1016/j.marstruc.2018.09.012.</p>