L'étude vibratoire d'une coque conique sandwich à noyau FGP saturé

Jun 04, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 4950 (2022) Citer cet article

861 accès

4 citations

Détails des métriques

Cet article est fourni pour analyser la vibration libre d'une coque sandwich tronconique avec un noyau poreux saturé (FGP) saturé et deux mêmes feuilles isotropes homogènes. Le comportement mécanique du FGP saturé est supposé sur la base de la théorie de Biot, la coque est modélisée via la théorie de la déformation par cisaillement du premier ordre (FSDT), et les équations gouvernantes et les conditions aux limites sont dérivées en utilisant le principe de Hamilton. Trois modèles de distribution de porosité différents sont étudiés, dont un modèle de distribution uniforme homogène et deux modèles symétriques non homogènes. Les paramètres de porosité dans les modèles de distribution mentionnés sont régulés pour les rendre identiques dans la masse de la coque. Les équations de mouvement sont résolues exactement dans la direction circonférentielle via des fonctions sinusoïdales et cosinusoïdales appropriées, et une solution numérique est fournie dans la direction méridionale à l'aide de la méthode de quadrature différentielle (DQM). La précision du modèle est approuvée et les influences de plusieurs paramètres tels que le nombre d'onde circonférentiel, l'épaisseur du noyau FGP, le paramètre de porosité, le modèle de distribution de la porosité, la compressibilité du fluide interstitiel et les conditions aux limites sur les fréquences naturelles de la coque sont étudiées. . Il est démontré que les fréquences naturelles les plus élevées peuvent généralement être atteintes lorsque les pores les plus grands sont situés à proximité de la surface médiane de la coque et que dans chaque mode vibrationnel, il existe une valeur particulière du paramètre de porosité qui conduit aux fréquences naturelles les plus basses. On en déduit que dans la plupart des cas, les fréquences propres diminuent en augmentant l'épaisseur du cœur FGP. De plus, en réduisant la compressibilité du fluide interstitiel, on peut observer une légère croissance des fréquences naturelles.

En raison de l'utilisation fréquente des coques coniques dans différentes applications d'ingénierie telles que l'ingénierie aérospatiale et mécanique, les moteurs à réaction d'avions de grande puissance, les séparateurs centrifuges à grande vitesse et les turbines à gaz, un nombre considérable d'études ont été présentées sur l'analyse mécanique de de telles structures, récemment. Sofiyev1 a étudié la stabilité et les analyses de vibrations libres de coques composites hétérogènes tronconiques renforcées de nanotubes de carbone (NTC) soumises à une charge axiale. Il a examiné les effets du pourcentage de NTC et de l'hétérogénéité sur les caractéristiques de flambage et de vibration libre de la coque. Les caractéristiques de vibration libre des coques coniques tronquées polymères rotatives enrichies de nanoplaquettes de graphène (PNB) ont été étudiées par Afshari2. Il a montré que la séquence des modes de vibration peut être affectée par la variation de l'angle du demi-sommet. En utilisant des techniques analytiques et numériques et des tests expérimentaux, l'étude des vibrations libres de coques coniques raidies par des raidisseurs coniques a été examinée par Zarei et al.3. Ils ont étudié les influences des caractéristiques géométriques de la coque sur les fréquences propres d'une telle structure. Yousefi et al.4,5 ont étudié le comportement vibratoire forcé et libre de panneaux et coques coniques tronqués triphasés CNT/polymère/fibre. Il a été révélé par eux que la plus grande longueur et les angles d'embrassement et de semi-sommet plus élevés entraînent des fréquences naturelles plus petites. Pour compléter ces travaux, ils ont fait appel à l'optimisation d'essaim de particules pour trouver les meilleures valeurs de fractions massiques des NTC et des fibres et l'orientation des fibres afin de minimiser le coût et de maximiser la fréquence fondamentale du système triphasé laminé NTC/polymère/fibre conique tronqué. panneaux6. Aris et Ahmadi7 ont étudié l'analyse de la résonance non linéaire de coques coniques tronquées en FGM (matériaux fonctionnellement classés) exposées à une excitation harmonique externe et à un chargement thermique. Ils ont examiné les effets des caractéristiques géométriques et de la température de la coque sur les caractéristiques vibratoires non linéaires de la coque. En incorporant l'agglomération des NTC, l'étude des vibrations libres d'une coque conique tronquée en rotation renforcée par des NTC a été examinée par Afshari et Amirabidi8. Ils ont montré que la variation de la vitesse de rotation peut modifier la séquence des modes vibrationnels. L'étude des vibrations de structures de coques cylindriques-coniques combinées à nervures coniques a été étudiée par Zhang et al.9. Ils ont approuvé la précision de leur travail en comparant leurs résultats avec ceux correspondants obtenus via la méthode des éléments finis (FEM) et des tests expérimentaux. Fares et al.10 ont utilisé une formulation par couches et ont analysé la vibration libre de coques coniques tronquées multicouches renforcées par des NTC. Ils ont vérifié la dépendance des fréquences propres aux déformations d'étirement en épaisseur. Pour diverses conditions aux limites, les fréquences naturelles des coques tronconiques en mousse métallique poreuse ont été rapportées par Li et al.11. Ils ont examiné les effets du paramètre de porosité et du modèle de dispersion des pores sur les fréquences naturelles de la coque. À l’aide de FEM, Singha et al.12 ont analysé la vibration libre de coques coniques en sandwich pré-torsadées en rotation avec un noyau homogène et des feuilles frontales renforcées de graphène FG dans un environnement thermique. Ils ont étudié l’effet des modèles de distribution du graphène sur les fréquences naturelles. Adab et al.13,14 ont étudié le comportement vibratoire libre de microcoques sandwich tronconiques non rotatives et rotatives avec un noyau FGP et des feuilles frontales renforcées par GNP. Ils ont montré que les fréquences naturelles les plus élevées peuvent être obtenues lorsque les gros pores sont situés à proximité de la surface médiane de la microcoquille. Nasution et al.15 ont réussi à trouver une solution semi-analytique pour le comportement de flottement supersonique de coques coniques-coniques triphasées stratifiées polymère/PNB/fibre. Ils ont conclu que la stabilité aéroélastique et le mode de flottement de telles structures peuvent être facilement affectés par les angles semi-sommets et la longueur des segments de coque.