مجله علمی صوت و ارتعاش

مجله علمی صوت و ارتعاش

بررسی عددی و تحلیلی رفتار کمانشی ایرفویل متقارن از جنس پوسته کامپوزیتی لایه‌چینی شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمد خاکباز 1
امین دارانی گلدره 2
علیرضا ابراهیمی حصاری 3
1 کارشناسی ارشد مهندسی هوافضا (سازه)، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی هوافضا (سازه های هوایی)، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
3 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک (طراحی کاربردی)، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
چکیده
این مطالعه، به بررسی تحلیلی و عددی بارگذاری کمانشی و شکل‌مودهای کمانشی یک ایرفویل متقارن NACA0012  با پوسته کامپوزیتی لایه چینی شده پرداخته است. خصوصیات مکانیکی پوسته بال از نوع کامپوزیت با لایه چینی s[0/90/45/-45] و جنس AS4/3501-6 در نظر گرفته شده است. در این پژوهش، ابتدا تئوری کمانش صفحات نازک با استفاده از روش انرژی پتانسیل و معادلات حاکم بر کمانش پوسته‌های نازک تشریح شده و سپس مدل‌سازی عددی در نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس، با شبکه‌بندی انتخابی از نوع مربعی و المان پوسته S4R انجام گرفته است. نتایج حاصل از مودهای کمانشی نشان می‌دهد که با افزایش شماره مود، بار کمانشی بحرانی نیز افزایش می‌یابد. نتایج حاصل از حل تحلیلی و عددی بارگذاری کمانشی لایه‌ها با اختلاف کم‍تر از 10 درصد نشان می‌دهد که،. مقطع  کم‌ترین بار کمانشی را متحمل می‌شود در حالی که، چیدمان  حدود 27/6 برابر مقاومت بیش‌تری را نشان می‌دهد. همچنین استفاده از  تیغه تقویت کننده  و بوم نگهدارنده باعث افزایش چشمگیر بار بحرانی به میزان حدود 10 برابر نسبت به لایه چینی شبه ایزوتروپیک می‌شود که این امر اهمیت استفاده از تقویت کننده‌های درون سازه‌ای را نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
ایرفویلNACA0012
بارگذاری کمانشی
مودهای کمانشی
پوسته کامپوزیتی
تیغه تقویت کننده
بوم نگهدارنده
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical and analytical investigation of buckling behavior of a symmetric airfoil made of laminated composite Shell

نویسندگان English

Mohammad خاکباز 1
Amin Darani goldarreh 2
Alireza Ebrahimi Hesari 3
1 Master of Science in Aerospace Engineering (Structural), Faculty of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Student in Aerospace Engineering (Aero structures), Faculty of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
3 PhD student in Mechanical Engineering (Applied Design), Faculty of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده English

This study has investigated analytically and numerically the buckling loading and buckling mode shapes of a symmetrical NACA0012 airfoil with a laminated composite skin. The mechanical properties of the composite wing shell with [(0/90/45/-45] ply and AS4/3501-6 material are considered. In this research, first, the theory of thin plate buckling is explained using the potential energy method and the governing equations for the buckling of thin shells, and then numerical modeling is performed in the finite element software Abaqus, with a selected square mesh and the S4R shell element. The results of the buckling modes show that with increasing mode number, the critical buckling load also increases. The results of the analytical and numerical solution of the buckling loading of the layers with a difference of less than 10% show that,. The section [0] suffers the lowest buckling load, while the [90] arrangement shows about 27.6 times more resistance. Also, the use of ribs and stringers significantly increases the critical load by about 10 times compared to The porcelain layer becomes quasi-isotropic, which shows the importance of using internal structural reinforcements.

کلیدواژه‌ها English

NACA0012 airfoil
buckling loading
buckling modes
composite shell
rib and stringer
[1] Schokker, A., S. Sridharan, and A. Kasagi. "Dynamic buckling of composite shells." Computers & Structures 59, no. 1 (1996): 43-53.
[2] Pica, A., R. D. Wood, and E. Hinton. "Finite element analysis of geometrically nonlinear plate behaviour using a mindlin formulation." Computers & Structures 11, no. 3 (1980): 203-215.
[3] Pica, A., and R. D. Wogd. "Postbuckling behaviour of plates and shells using a Mindlin shallow shell formulation." Computers & Structures 12, no. 5 (1980): 759-768.
[4] Zhang, Xinhu, Zhun Li, Zhaoqi Yang, Leilei Jiang, and Guang Pan. "Buckling of composite shells with a novel initial imperfection model subjected to hydrostatic pressure." Composite Structures 297 (2022): 115949.
[5] Liu, Wei, Yuli Ma, Xianyue Su, and Kefu Huang. "Buckling analysis of wind turbine blade using pressure distributions obtained from CFD." In 2009 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, pp. 1-4. IEEE, 2009.
[6] Bipin, P. B., K. Senthikumar, and K. P. Deepak. "Buckling Analysis of Laminated carbon fiber composite beam using ANSYS." International Journal of Engineering Research and Technology 5, no. 7 (2016): 399-404.
[7] Veludurthi, Ajay, and Venkateshwarlu Bolleddu. "Experimental buckling analysis of NACA 63415 aerofoil wind turbine blade." Materials Today: Proceedings 46 (2021): 205-211.
[8] Batdorf, S. B. A simplified method of elastic-stability analysis for thin cylindrical shells I: Donnell's equation. No. NACA-TN-1341. 1947.
[9] Redshaw, S. C. "The elastic stability of a curved plate under Axial Thrusts." The Aeronautical Journal 42, no. 330 (1938): 536-553.
[10] Batdorf, S. B., Stein, M., and Schildcrout, M. Critical Shear Stresses of Long Plates with Transverse Curvature. No. NACA-TN-1346. 1947.
 
[11] Batdorf, S. B., Stein, M., and Schildcrout, M. Critical Shear Stress of Curved Rectangular Sections. No. NACA-TN-1348. 1947.
[12] Featherston, C. "Buckling of thin walled Structures." PhD Dissertation, 1997.
[13] Zhang, Hengming, and Feng Li. "A review of prediction methods for global buckling critical loads of pultruded FRP struts." Composite Structures 329 (2024): 117752.
[14] Gerard, George, and Herbert Becker. Handbook of structural stability: part I, buckling of flat plates, NACA Tech. No. 3781. Note, 1957.
[15] Young, F., Cheng, M. K., Weng, S. M., and Lee, K. L. "Nonlinear Vibration Analysis of a FGM Plate with Viscoelastic Core." In Proceedings of the 10th International Conference on Vibration Problems, Prague, Czech Republic, September 5–8, 2011.
[16] Ounis, Houdayfa, and Asma Balehouane. "Buckling behavior of wind turbine blade." Journal of Renewable Energies 19, no. 4 (2016): 509-516.
[17] Amzil, Lahcen, Tarik Raffak, and Taoufiq Mouhib. "Numerical Buckling Analysis of Hemp Fiber-Reinforced Hybrid Composites in Wind Turbine Blades." In 2025 5th International Conference on Innovative Research in Applied Science, Engineering and Technology (IRASET), pp. 1-4. IEEE, 2025.
[18] Zareie, Shahin, Abolghassem Zabihollah, and Aydin Azizi. "Buckling control of morphing composite airfoil structure using multi-stable laminate by piezoelectric sensors/actuators." In Behavior and Mechanics of Multifunctional Materials and Composites 2011, vol. 7978, pp. 495-500. SPIE, 2011.