در این پژوهش تحلیل ارتعاشات آزاد و پنل فلاتر چندلایههای کامپوزیتی دارای الیاف منحنیشکل با رویکرد حل عددی آیزوژئومتریک با استفاده از تئوری لایروایز ارائه میگردد. با توجه به کاربرد گسترده سازههای ساختهشده از مواد مرکب در صنایع هوافضا و مکانیک، از ورقهای کامپوزیتی با سفتی متغیر بهمنظور کنترل خواص مکانیکی مطلوب و طراحی کارآمدتر استفاده گردید. بهمنظور افزایش دقت پاسخ نسبت به تئوری تکلایهی معادل و نیز افزایش سرعت محاسباتی نسبت به مدل الاستیسیته سهبعدی، از تئوری لایروایز فریرا به همراه فرضیات تئوری برش مرتبه اول برای فرض میدان جابجایی بهره گرفته شده است. در ادامه، با استفاده از روش انرژی و اصل کار مجازی و با فرض تئوری پیستون مرتبه اول برای شبیهسازی فشار آیرودینامیک، معادلات حاکم برای ارتعاشات آزاد و پنل فلاتر ورق استخراج گردید. گسستهسازی هندسه با روش حل عددی آیزوژئومتریک صورت پذیرفت که در آن از توابع پایه نربز مکعبی که برای مدلکردن دقیق هندسه بکار میرود، همزمان به عنوان تابع تقریب در فرمولبندی اجزای محدود نیز استفاده شده است. نتایج عددی از حل مساله مقدار ویژه بدست آمد و پارامترهای مختلفی از جمله نوع چیدمان، میزان انحنای الیاف، شرایط مرزی و نسبتهای ابعادی در صفحات کامپوزیتی با الیاف منحنی ارائه گردیده است. مقایسه نتایج بهدستآمده با نتایج دیگر پژوهشها انطباق خوبی دارد و دقت و کارایی فرمولبندی ارائهشده را نشان میدهد.
[1]M. W. Hyer and R. F. Charette, “Use of curvilinear fiber format in composite structure design,” AIAA Journal, vol. 29, no. 6, pp. 1011–1015, 1991, https://doi.org/10.2514/3.10697.
[2]S. Nagendra, S. Kodiyalam, J. Davis, and V. Parthasarathy, “Optimization of tow fiber paths for composite design,” in 36th Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, New Orleans, LA, USA, 1995, paper 1275. https://doi.org/10.2514/6.1995-1275.
[3]M. M. Abdalla, S. Setoodeh, and Z. Gürdal, “Design of variable stiffness composite panels for maximum fundamental frequency using lamination parameters,” Composite Structures, vol. 81, no. 2, pp. 283–291, 2007, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2006.08.018.
[4]H. Akhavan and P. Ribeiro, “Natural modes of vibration of variable stiffness composite laminates with curvilinear fibers,” Composite Structures, vol. 93, no. 11, pp. 3040–3047, 2011, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2011.04.027.
[5]S. Yazdani and P. Ribeiro, “A layerwise p-version finite element formulation for free vibration analysis of thick composite laminates with curvilinear fibres,” Composite Structures, vol. 120, pp. 531–542, 2015, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2014.10.030.
[6]M. Hachemi, A. Guenanou, R. Chebout, and K. Bachari, “Mechanical behaviors of variable stiffness composite laminated sandwich plates using layer-wise model,” Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, vol. 45, no. 2, 2023, Art. no. 77, https://doi.org/10.1007/s40430-022-03949-2.
[7]J. A. Moreira, F. Moleiro, A. L. Araújo, and A. Pagani, “Assessment of layerwise user-elements in Abaqus for static and free vibration analysis of variable stiffness composite laminates,” Composite Structures, vol. 303, 2023, Art. no. 116291, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116291.
[8]T. J. R. Hughes, J. A. Cottrell, and Y. Bazilevs, “Isogeometric analysis: CAD, finite elements, NURBS, exact geometry and mesh refinement,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 194, no. 39–41, pp. 4135–4195, 2005,https://doi.org/10.1016/j.cma.2004.10.008.
[9]S. Shojaee, N. Valizadeh, E. Izadpanah, T. Bui, and T. V. Vu, “Free vibration and buckling analysis of laminated composite plates using the NURBS-based isogeometric finite element method,” Composite Structures, vol. 94, no. 5, pp. 1677–1693, 2012, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2012.01.012.
[10]C. H. Thai, A. J. M. Ferreira, E. Carrera, and H. Nguyen Xuan, “Isogeometric analysis of laminated composite and sandwich plates using a layerwise deformation theory,” Composite Structures, vol. 104, pp. 196–214, 2013, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.04.002.
[11]Y. Guo, A. P. Nagy, and Z. Gürdal, “A layerwise theory for laminated composites in the framework of isogeometric analysis,” Composite Structures, vol. 107, pp. 447–457, 2014, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.08.016.
[12]N. Liu and A. E. Jeffers, “Isogeometric analysis of laminated composite and functionally graded sandwich plates based on a layerwise displacement theory,” Composite Structures, vol. 176, pp. 143–153, 2017, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.05.037.
[13]J. Fazilati and V. Khalafi, “Panel flutter analysis of perforated plate repaired by VSCL bonded patch using the multi-patch IGA approach,” Thin-walled structures, vol. 169, 2021, Art. no. 108465, https://doi.org/10.1016/j.tws.2021.108465.
[14]K. A. Hasim and A. Kefal, “Isogeometric static analysis of laminated plates with curvilinear fibers based on refined zigzag theory,” Composite Structures, vol. 256, 2021, Art. no. 113097, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113097.
[15]K. A. Hasim and A. Kefal, “A novel isogeometric layerwise element for piezoelectric analysis of laminated plates with straight/curvilinear fibers,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 399, 2022, Art. no. 115440, https://doi.org/10.1016/j.cma.2022.115440.
[16]K. A. Hasim and A. Kefal, “Free and forced vibration analysis of piezolaminated plates via an isogeometric layerwise finite element,” Mechanics of Advanced Materials and Structures, vol. 32, no. 17, pp. 4146-4161, 2024,https://doi.org/10.1080/15376494.2024.2400716.
[17]O. A. Stodieck, J. E. Cooper, P. M. Weaver, and P. Kealy, “Optimization of tow-steered composite wing laminates for aeroelastic tailoring,” AIAA Journal, vol. 53, no. 8, pp. 2203-2215, 2015, https://doi.org/10.2514/1.J053599.
[18]V. Khalafi and J. Fazilati, “Supersonic panel flutter of variable stiffness composite laminated skew panels subjected to yawed flow by using NURBS-based isogeometric approach,” Journal of Fluids and Structures, vol. 82, pp. 198-214, 2018, https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2018.07.002.
[19]J. Fazilati and V. Khalafi, “Aeroelastic panel flutter optimization of tow-steered variable stiffness composite laminated plates using isogeometric analysis,” Journal of Reinforced Plastics and Composites, vol. 38, no. 19-20, pp. 885-895, 2019, https://doi.org/10.1177/0731684419854800.
[20]J. Fazilati, “Panel flutter of curvilinear composite laminated plates in the presence of delamination,” Journal of Composite Materials, vol. 52, no. 20, pp. 2789-2801, 2018, https://doi.org/10.1177/0021998318754641.
[21]H. Akhavan and P. Ribeiro, “Aeroelasticity of composite plates with curvilinear fibres in supersonic flow,” Composite Structures, vol. 194, pp. 335-344, 2018, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.03.101.
[22]M. Rahmanian, T. Farsadi, and H. Kurtaran, “Nonlinear flutter of tapered and skewed cantilevered plates with curvilinear fiber paths,” Journal of Sound and Vibration, vol. 500, 2021, Art. no. 116021, https://doi.org/10.1016/j.jsv.2021.116021.
[23]M. M. Navardi, H. Shahverdi, and V. Khalafi, “Aeroelastic tailoring of variable stiffness composite laminated quadrilateral and circular plates in supersonic flow using isogeometric approach,” International Journal of Applied Mechanics, vol. 15, no. 1, 2023, Art. no. 2250091,https://doi.org/10.1142/S1758825122500910.
[24]M. M. Navardi, H. Shahverdi, and V. Khalafi, “Isogemetric aeroelastic analysis of composite cylindrical panels with curvilinear fibers,” Steel and Composite Structures, vol. 52, no. 5, pp. 515-524, 2024, https://doi.org/10.12989/scs.2024.52.5.515.
[25]P. Hao, J. Duan, Y. Liu, Y. Gao, Y. Yue, and W. Wang, “Aerothermoelastic behaviors of curvilinear fiber composite panels based on the refined zig-zag theory,” Archive of Applied Mechanics, vol. 94, pp. 3803-3823, 2024, https://doi.org/10.1007/s00419-024-02696-1.
[26]J. Fazilati, V. Khalafi, and M. Jalalvand, “Panel flutter analysis of nano-hybrid laminated composite quadrilateral plates presuming curvilinear fibers,” Mechanics Based Design of Structures and Machines, vol. 52, no. 10, pp. 8198-8215, 2024, https://doi.org/10.1080/15397734.2024.2316870.
[27]J. A. Moreira, F. Moleiro, A. Araújo, and A. Pagani, “Equivalent single layer and layerwise models for flutter and buckling analysis of supersonic variable stiffness laminated composite plates,” Thin-Walled Structures, vol. 191, 2023, Art. no. 111012, https://doi.org/10.1016/j.tws.2023.111012.
[28]J. A. Moreira, F. Moleiro, A. L. Araújo, and A. Pagani, “Layerwise models for supersonic flutter analysis of viscoelastic sandwich panels with curvilinear fibre composite skins,” Journal of Sound and Vibration, vol. 572, 2024, Art. no. 118182, https://doi.org/10.1016/j.jsv.2023.118182.
[29]J. A. Moreira, F. Moleiro, A. L. Araújo, and A. Pagani, “Aero-thermo-elastic stability analysis of supersonic variable stiffness sandwich panels using refined layerwise models,” Composite Structures, vol. 357, 2025, Art. no. 118920, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2025.118920.
[30]J. A. Moreira, F. Moleiro, A. L. Araújo, and A. Pagani, “Active aero-visco-elastic flutter control and layerwise modelling of supersonic smart sandwich panels with variable stiffness composites,” Aerospace Science and Technology, vol. 157, 2025, Art. no. 109847, https://doi.org/10.1016/j.ast.2024.109847.
[31]M. Dabouee, V. Khalafi, and H. Zarei, “Layerwise isogeometric analysis for free vibrations of VSCL plates with arbitrary shapes,” International Journal of Applied Mechanics, vol. 17, no. 10, 2025, Art. no. 2550091, https://doi.org/10.1142/S1758825125500917.
[32]J. Fazilati and V. Khalafi, “Effects of embedded perforation geometry on the free vibration of tow-steered variable stiffness composite laminated panels,” Thin-Walled Structures, vol. 144, 2019, Art. no. 106287,https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106287.
[33]J. W. Sawyer, “Flutter and buckling of general laminated plates,” Journal of Aircraft, vol. 14, no. 4, pp. 387–393, 1977, https://doi.org/10.2514/3.58789.
[34]N. Sharma, S. Mohapatra, E. K. Kumar, and S. K. Panda, “Numerical aeroelastic flutter prediction of variable stiffness laminated panels with curvilinear fiber in supersonic flow,” Structures, vol. 57, 2023, Art. no. 105198, https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.105198
دابویی,مهدی , خلفی,وحید و زارعی,حمیدرضا . (1404). تئوری لایروایز برای تحلیل ارتعاشات آزاد و پنل فلاتر چندلایههای کامپوزیتی با سفتی متغیر به روش حل عددی آیزوژئومتریک. علوم و فناوری فضایی, 18(4), 32-47. doi: 10.22034/jsst.2025.1588
MLA
دابویی,مهدی , , خلفی,وحید , و زارعی,حمیدرضا . "تئوری لایروایز برای تحلیل ارتعاشات آزاد و پنل فلاتر چندلایههای کامپوزیتی با سفتی متغیر به روش حل عددی آیزوژئومتریک", علوم و فناوری فضایی, 18, 4, 1404, 32-47. doi: 10.22034/jsst.2025.1588
HARVARD
دابویی مهدی, خلفی وحید, زارعی حمیدرضا. (1404). 'تئوری لایروایز برای تحلیل ارتعاشات آزاد و پنل فلاتر چندلایههای کامپوزیتی با سفتی متغیر به روش حل عددی آیزوژئومتریک', علوم و فناوری فضایی, 18(4), pp. 32-47. doi: 10.22034/jsst.2025.1588
CHICAGO
مهدی دابویی, وحید خلفی و حمیدرضا زارعی, "تئوری لایروایز برای تحلیل ارتعاشات آزاد و پنل فلاتر چندلایههای کامپوزیتی با سفتی متغیر به روش حل عددی آیزوژئومتریک," علوم و فناوری فضایی, 18 4 (1404): 32-47, doi: 10.22034/jsst.2025.1588
VANCOUVER
دابویی مهدی, خلفی وحید, زارعی حمیدرضا. تئوری لایروایز برای تحلیل ارتعاشات آزاد و پنل فلاتر چندلایههای کامپوزیتی با سفتی متغیر به روش حل عددی آیزوژئومتریک. علوم و فناوری فضایی, 1404; 18(4): 32-47. doi: 10.22034/jsst.2025.1588
