مکانیک ساختارهای هوشمند

مکانیک ساختارهای هوشمند

کمانش غیرخطی ترمومکانیکی پوسته‌های استوانه‌ای ساندویچی با هسته‌ی فراکشسان تقویت‌شده با گرافن–اوریگامی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)
2 دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران
3 دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم وتحقیقات
10.30511/jmms.2026.2085603.1041
چکیده
ر این پژوهش، رفتار کمانش و پس‌کمانش ترمومکانیکی غیرخطی پوسته‌های استوانه‌ای ساندویچی با هسته فراکشسان تقویت‌شده با گرافن–اوریگامی (GOri) و لایه‌های خارجی تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی (CNT) مورد بررسی قرار می‌گیرد. پوسته تحت بارگذاری پیچشی یکنواخت و در معرض افزایش یکنواخت دما قرار دارد. نانولوله‌های کربنی درون یک ماتریس پلیمری وابسته به دما توزیع شده‌اند، در حالی‌که هسته فراکشسان از چندین لایه تقویت‌شده با گرافن–اوریگامی با توزیع یکنواخت یا مدرج تابعی (FG) تشکیل شده است. رفتار فراکشسان هسته از طریق تغییر درصد وزنی و درجه تاشدگی ساختار گرافن–اوریگامی کنترل می‌شود.

معادلات تعادل حاکم در چارچوب نظریه غیرخطی پوسته نازک دانل و با در نظر گرفتن فرضیه‌های غیرخطی هندسی فون‌کارمن استخراج شده‌اند. حل تحلیلی مسئله برای پوسته استوانه‌ای با شرایط مرزی تکیه‌گاه ساده، با استفاده از تابع تغییرمکان سه‌جمله‌ای و به‌کارگیری روش گلرکین انجام شده است. بدین‌ترتیب، بار بحرانی کمانش و نیز رابطه بار–تغییرمکانِ پس‌کمانش به‌دست آمده است. صحت و کارایی مدل پیشنهادی از طریق مقایسه نتایج با داده‌های موجود در منابع معتبر تأیید شده است.. در ادامه، مطالعات پارامتری جامعی به‌منظور بررسی اثر پارامترهای کلیدی شامل درصد وزنی گرافن–اوریگامی، درجه تاشدگی و شرایط حرارتی بر پاسخ کمانش و پس‌کمانش پوسته‌های استوانه‌ای انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش درصد وزنی گرافن–اوریگامی نقش مؤثری در بهبود پایداری کمانشی ایفا می‌کند و این بهبود در هسته‌های با توزیع مدرج تابعی از نوع FG-X در مقایسه با توزیع یکنواخت، بارزتر است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Nonlinear thermomechanical buckling analysis of sandwich cylindrical shells with graphene–origami reinforced auxetic core

نویسندگان English

Farzad Ebrahimi 1
Mohammadhossein Goudarzfallahi 2
Ali Alinia-ziazi 3
1 Imam khomeini international university, Qazvin, Iran
2 Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran
3 Islamic Azad University Science and Research Branch
چکیده English

In this study, the nonlinear thermomechanical buckling and postbuckling behavior of sandwich cylindrical shells with a graphene–origami (GOri) reinforced auxetic core and carbon nanotube (CNT)-reinforced face sheets is investigated. The shell is subjected to uniform torsional loading and a uniform temperature rise. The carbon nanotubes are dispersed within a temperature-dependent polymer matrix, while the auxetic core consists of multiple graphene-origami reinforced layers arranged either in a uniform distribution or a functionally graded (FG) pattern. The auxetic response of the core can be tuned by varying the weight fraction and folding degree of the graphene-origami structure.

The governing equations are formulated based on nonlinear Donnell thin shell theory with von Kármán geometric nonlinearity. An analytical solution for a simply supported cylindrical shell is obtained using a three-term displacement function and the Galerkin method to determine the critical buckling load and postbuckling path. The model’s accuracy is validated against published results. Parametric studies assess the effects of graphene–origami weight fraction, folding degree, and thermal conditions on buckling and postbuckling behavior. The results indicate that increasing the graphene–origami weight fraction significantly enhances buckling stability, with FG-X cores exhibiting greater enhancement compared to uniformly distributed cores.

کلیدواژه‌ها English

buckling and postbuckling
auxetic metamaterials
graphene–origami
carbon nanotubes