Vibrations of a Cylindrical Sandwich Shell with a Honeycomb Core Made Using FDM technology
Presented is a model of the dynamic deformation of a three-layer cylindrical shell with a honeycomb core, manufactured by fused deposition modeling (FDM), and skins reinforced with oriented carbon nano-tubes (CNT). A ULTEM 9085 thermoplastic-based honeycomb core is considered. To analyze th...
Збережено в:
| Дата: | 2022 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2022
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/248508 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-248508 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2022-01-12T10:56:09Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| format |
Article |
| author |
Успенский, Б. В. Аврамов, К. В. Деревянко, И. И. |
| spellingShingle |
Успенский, Б. В. Аврамов, К. В. Деревянко, И. И. Vibrations of a Cylindrical Sandwich Shell with a Honeycomb Core Made Using FDM technology |
| author_facet |
Успенский, Б. В. Аврамов, К. В. Деревянко, И. И. |
| author_sort |
Успенский, Б. В. |
| title |
Vibrations of a Cylindrical Sandwich Shell with a Honeycomb Core Made Using FDM technology |
| title_short |
Vibrations of a Cylindrical Sandwich Shell with a Honeycomb Core Made Using FDM technology |
| title_full |
Vibrations of a Cylindrical Sandwich Shell with a Honeycomb Core Made Using FDM technology |
| title_fullStr |
Vibrations of a Cylindrical Sandwich Shell with a Honeycomb Core Made Using FDM technology |
| title_full_unstemmed |
Vibrations of a Cylindrical Sandwich Shell with a Honeycomb Core Made Using FDM technology |
| title_sort |
vibrations of a cylindrical sandwich shell with a honeycomb core made using fdm technology |
| title_alt |
Колебания цилиндрической сэндвич-оболочки с наполнителем, изготовленным с помощью технологии FDM Коливання циліндричної сандвіч-оболонки з наповнювачем, що виготовлений за допомогою технології FDM |
| description |
Presented is a model of the dynamic deformation of a three-layer cylindrical shell with a honeycomb core, manufactured by fused deposition modeling (FDM), and skins reinforced with oriented carbon nano-tubes (CNT). A ULTEM 9085 thermoplastic-based honeycomb core is considered. To analyze the stress-strain state of the honeycomb core, a finite element homogenization procedure was used. As a result of this procedure, the dynamic response of the honeycomb core is modeled by a homogeneous orthotropic material, whose mechanical properties correspond to those of the core. The proposed model is based on the high-order theory, extended for the analysis of sandwich structures. The skin displacement projections are expanded along the transverse coordinate up to quadratic terms. The honeycomb core displacement projections are expanded along the transverse coordinate up to cubic terms. To ensure the integrity of the structure, shell displacement continuity conditions at the junction of the layers are used. The investigation of linear vibrations of the shell is carried out using the Rayleigh-Ritz method. For its application, the potential and kinetic energies of the structure are derived. Considered are the natural frequencies and modes of vibrations of a one-side clamped cylindrical sandwich shell. The dependence of the forms and frequencies of vibrations on the honeycomb core thickness and the direction of reinforcement of the shell skins have been investigated. It was found that the eigenforms of a sandwich shell are characterized by a smaller number of waves in the circumferential direction, as well as a much earlier appearance of axisymmetric forms. This means that when analyzing the resonant vibrations of a sandwich shell, it is necessary to take into account axisymmetric shapes. Changing the direction of reinforcement of the skins with CNTs makes it possible to significantly influence the frequencies of the natural vibrations of the shell, which are characterized by a nonzero number of waves in the circumferential direction. It was found that this parameter does not affect the frequencies of the axisymmetric shapes of the shell under consideration. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/248508 |
| work_keys_str_mv |
AT uspenskijbv vibrationsofacylindricalsandwichshellwithahoneycombcoremadeusingfdmtechnology AT avramovkv vibrationsofacylindricalsandwichshellwithahoneycombcoremadeusingfdmtechnology AT derevânkoii vibrationsofacylindricalsandwichshellwithahoneycombcoremadeusingfdmtechnology AT uspenskijbv kolebaniâcilindričeskojséndvičoboločkisnapolnitelemizgotovlennymspomoŝʹûtehnologiifdm AT avramovkv kolebaniâcilindričeskojséndvičoboločkisnapolnitelemizgotovlennymspomoŝʹûtehnologiifdm AT derevânkoii kolebaniâcilindričeskojséndvičoboločkisnapolnitelemizgotovlennymspomoŝʹûtehnologiifdm AT uspenskijbv kolivannâcilíndričnoísandvíčobolonkiznapovnûvačemŝovigotovlenijzadopomogoûtehnologíífdm AT avramovkv kolivannâcilíndričnoísandvíčobolonkiznapovnûvačemŝovigotovlenijzadopomogoûtehnologíífdm AT derevânkoii kolivannâcilíndričnoísandvíčobolonkiznapovnûvačemŝovigotovlenijzadopomogoûtehnologíífdm |
| first_indexed |
2025-07-17T12:02:37Z |
| last_indexed |
2025-07-17T12:02:37Z |
| _version_ |
1837895524877860864 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2485082022-01-12T10:56:09Z Vibrations of a Cylindrical Sandwich Shell with a Honeycomb Core Made Using FDM technology Колебания цилиндрической сэндвич-оболочки с наполнителем, изготовленным с помощью технологии FDM Коливання циліндричної сандвіч-оболонки з наповнювачем, що виготовлений за допомогою технології FDM Успенский, Б. В. Аврамов, К. В. Деревянко, И. И. Presented is a model of the dynamic deformation of a three-layer cylindrical shell with a honeycomb core, manufactured by fused deposition modeling (FDM), and skins reinforced with oriented carbon nano-tubes (CNT). A ULTEM 9085 thermoplastic-based honeycomb core is considered. To analyze the stress-strain state of the honeycomb core, a finite element homogenization procedure was used. As a result of this procedure, the dynamic response of the honeycomb core is modeled by a homogeneous orthotropic material, whose mechanical properties correspond to those of the core. The proposed model is based on the high-order theory, extended for the analysis of sandwich structures. The skin displacement projections are expanded along the transverse coordinate up to quadratic terms. The honeycomb core displacement projections are expanded along the transverse coordinate up to cubic terms. To ensure the integrity of the structure, shell displacement continuity conditions at the junction of the layers are used. The investigation of linear vibrations of the shell is carried out using the Rayleigh-Ritz method. For its application, the potential and kinetic energies of the structure are derived. Considered are the natural frequencies and modes of vibrations of a one-side clamped cylindrical sandwich shell. The dependence of the forms and frequencies of vibrations on the honeycomb core thickness and the direction of reinforcement of the shell skins have been investigated. It was found that the eigenforms of a sandwich shell are characterized by a smaller number of waves in the circumferential direction, as well as a much earlier appearance of axisymmetric forms. This means that when analyzing the resonant vibrations of a sandwich shell, it is necessary to take into account axisymmetric shapes. Changing the direction of reinforcement of the skins with CNTs makes it possible to significantly influence the frequencies of the natural vibrations of the shell, which are characterized by a nonzero number of waves in the circumferential direction. It was found that this parameter does not affect the frequencies of the axisymmetric shapes of the shell under consideration. Представлена модель динамического деформирования трёхслойной цилиндрической оболочки с сотовым наполнителем, изготовленным с помощью технологии FDM, и обшивками, армированными направленными углеродными нанотрубками. Рассматривается сотовый наполнитель, изготовленный из термопластика ULTEM 9085. Для анализа напряжённо-деформированного состояния сотового наполнителя использована процедура конечно-элементной гомогенизации. В результате этой процедуры динамический отклик сотового наполнителя моделируется однородным ортотропным материалом, механические свойства которого соответствуют свойствам наполнителя. В основе предложенной модели лежит теория высокого порядка, расширенная для анализа сэндвич-конструкций. Проекции перемещений обшивок раскладываются по поперечной координате вплоть до квадратичных слагаемых. Проекции перемещений сотового наполнителя раскладываются по поперечной координате вплоть до кубических слагаемых. Для обеспечения целостности конструкции используются условия непрерывности перемещений оболочки на стыке слоёв. Исследование линейных колебаний оболочки производится с помощью метода Рэлея-Ритца. Для его применения выводится потенциальная и кинетическая энергии конструкции. Рассмотрены собственные частоты и формы колебаний цилиндрической сэндвич-оболочки, защемлённой с одной стороны. Исследована зависимость форм и частот колебаний от толщины сотового наполнителя и направления армирования обшивок оболочки. Обнаружено, что для собственных форм сэндвич-оболочки характерно меньшее число волн в окружном направлении, а также намного более раннее появление осесимметричных форм. Это означает, что при анализе резонансных колебаний сэндвич-оболочки необходимо учитывать осесимметричные формы. Изменение направления армирования обшивок углеродными нанотрубками позволяет существенно влиять на частоты собственных колебаний оболочки, характеризующихся ненулевым числом волн в окружном направлении. Обнаружено, что этот параметр не влияет на частоты осесимметричных форм рассматриваемой оболочки. Наведено модель динамічного деформування тришарової циліндричної оболонки зі стільниковим заповнювачем, який виготовлено за допомогою технології FDM, та обшивками, які армовано вуглецевими нанотрубками. Розглянуто стільниковий заповнювач, який виготовлено з термопластику ULTEM 9085. Для аналізу напружено-деформованого стану стільникового заповнювача використовується методика скінченно-елементної гомогенізації. Внаслідок цієї процедури динамічний відклик стільникового заповнювача моделюється однорідним ортотропним матеріалом, механічні властивості якого відповідають властивостям заповнювача. Запропонована модель базується на теорії високого порядку, яку розширено для аналізу сандвіч-конструкцій. Проекції переміщень обшивок оболонки розкладено за поперечною координатою до квадратичних доданків. Проєкції переміщень стільникового заповнювача розкладено за поперечною координатою до кубічних доданків. Для забезпечення цілісності конструкції використано умови безперервності переміщень оболонки на стиках шарів. Лінійні коливання оболонки досліджено за допомогою методу Релея-Рітца. Для його застосування отримано потенційну та кінетичну енергії конструкції. Розглянуто власні частоти та форми коливань циліндричної сандвіч-оболонки, яку затиснено з одного боку. Досліджено залежність форм та частот коливань оболонки від товщини стільникового заповнювача та напряму армування обшивок вуглецевими нанотрубками. Виявлено, що для власних форм сандвіч-оболонки характерною є менша кількість хвиль в окружному напрямку, а також вісесиметричні форми, що виникають набагато раніше. З цього випливає, що аналіз резонансних коливань сандвіч-оболонки слід здійснювати з урахуванням вісесиметричних форм. Зміна напрямку армування обшивок вуглецевими нанотрубками дозволяє суттєво впливати на власні частоти коливань оболонки, які характеризуються ненульовою кількістю хвиль в окружному напрямку. Встановлено, що цей параметр не впливає на частоти вісесиметричних форм розглянутої оболонки. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2022-01-12 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/248508 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 24 No. 4 (2021); 49-60 Проблемы машиностроения; Том 24 № 4 (2021); 49-60 Проблеми машинобудування; Том 24 № 4 (2021); 49-60 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/248508/248460 https://journals.uran.ua/jme/article/view/248508/248461 Copyright (c) 2021 Б. В. Успенский, К. В. Аврамов, И. И. Деревянко http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |