РЕЗОНАНСНІ ПАРАМЕТРИЧНІ КОЛИВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ СЕНДВІЧ-ОБОЛОНКИ
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.046 This paper considers cylindrical composite sandwich shells that consist of two thin outer layers and one thick honeycomb filler. The outer layers are made of a composite orthotropic material, for example, carbon-reinforced plastic. The honeycomb filler is...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
текст 3
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/140 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Technical Mechanics |
Institution
Technical Mechanics| id |
oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-140 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Technical Mechanics |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-11-10T21:18:53Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
циліндрична композитна сендвіч-оболонка динамічна система зі скінченним числом ступенів вільності біжучі хвилі біфуркація. |
| spellingShingle |
циліндрична композитна сендвіч-оболонка динамічна система зі скінченним числом ступенів вільності біжучі хвилі біфуркація. USPENSKYI, B. V. AVRAMOV, K. V. MALYSHEV, S. YE. BIBLIK, I. V. РЕЗОНАНСНІ ПАРАМЕТРИЧНІ КОЛИВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ СЕНДВІЧ-ОБОЛОНКИ |
| topic_facet |
циліндрична композитна сендвіч-оболонка динамічна система зі скінченним числом ступенів вільності біжучі хвилі біфуркація. cylindrical composite sandwich shell finite-degrees-of-freedom dynamical system travelling wave bifurcation. |
| format |
Article |
| author |
USPENSKYI, B. V. AVRAMOV, K. V. MALYSHEV, S. YE. BIBLIK, I. V. |
| author_facet |
USPENSKYI, B. V. AVRAMOV, K. V. MALYSHEV, S. YE. BIBLIK, I. V. |
| author_sort |
USPENSKYI, B. V. |
| title |
РЕЗОНАНСНІ ПАРАМЕТРИЧНІ КОЛИВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ СЕНДВІЧ-ОБОЛОНКИ |
| title_short |
РЕЗОНАНСНІ ПАРАМЕТРИЧНІ КОЛИВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ СЕНДВІЧ-ОБОЛОНКИ |
| title_full |
РЕЗОНАНСНІ ПАРАМЕТРИЧНІ КОЛИВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ СЕНДВІЧ-ОБОЛОНКИ |
| title_fullStr |
РЕЗОНАНСНІ ПАРАМЕТРИЧНІ КОЛИВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ СЕНДВІЧ-ОБОЛОНКИ |
| title_full_unstemmed |
РЕЗОНАНСНІ ПАРАМЕТРИЧНІ КОЛИВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ СЕНДВІЧ-ОБОЛОНКИ |
| title_sort |
резонансні параметричні коливання циліндричної сендвіч-оболонки |
| title_alt |
RESONANCE PARAMETRIC VIBRATIONS OF A CYLINDRICAL SANDWICH SHELL |
| description |
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.046
This paper considers cylindrical composite sandwich shells that consist of two thin outer layers and one thick honeycomb filler. The outer layers are made of a composite orthotropic material, for example, carbon-reinforced plastic. The honeycomb filler is made of an orthotropic plastic, for example, PLA, using additive technologies.
To obtain a mathematical model of nonlinear structural vibrations, the honeycomb core is homogenized into a uniform orthotropic solid layer using a finite-element simulation in ANSYS. Parametric vibrations of the cylindrical shell under the action of a longitudinal load are considered. Each layer of the structure is described by a higher-order shear theory, which uses five generalized displacements (three displacements projections onto the axes and two rotation angles of the middle surface normal). The displacement projections are continuous at the layer interfaces. The assumed mode method is used to obtain a system of nonlinear ordinary differential equations in the generalized coordinates. The method uses the kinetic and the potential energy of the structure.
The shooting technique and the parameter continuation method are used jointly to analyze nonlinear vibrations, their stability and bifurcations. The multipliers are calculated to estimate the vibration stability. The stability and bifurcations of periodic oscillations are shown in the frequency responses, which describe the structure dynamics in the principal parametric resonances. As shown by the numerical analysis, standing waves are observed in the cylindrical shell. As a result of the bifurcations, the standing waves are transformed into travelling ones, which are described by a loop in the frequency response.
REFERENCES
1. Karimiasl M., Ebrahimi F., Mahesh V. Nonlinear forced vibration of smart multiscale sandwich composite doubly curved porous shell. Thin Wall. Struct. 2019. V. 143. 106152.https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.04.044
2. Karimiasl M., Ebrahimi F. Large amplitude vibration of viscoelastically damped multiscale composite doubly curved sandwich shell with flexible core and MR layers. Thin Wall. Struct. 2019. V. 144. 106128. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.04.020
3. Yadav A., Amabili M., Panda S. K., Dey T., Kumar R. Forced nonlinear vibrations of circular cylindrical sandwich shells with cellular core using higher-order shear and thickness deformation theory. J. Sound Vib. 2021. V. 510. 116283. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2021.116283
4. Cong P. H., Khanh N. D., Khoa N. D., Duc N. D. New approach to investigate nonlinear dynamic response of sandwich auxetic double curves shallow shells using TSDT. Compos. Struct. 2018. V. 185. Pp. 455-465. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.11.047
5. Zhang Y., Li Y. Nonlinear dynamic analysis of a double curvature honeycomb sandwich shell with simply supported boundaries by the homotopy analysis method. Compos. Struct. 2019. V. 221. 110884. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.04.056
6. Quyen N. V., Thanh N. V., Quan T. Q., Duc N. D. Nonlinear forced vibration of sandwich cylindrical panel with negative Poisson's ratio auxetic honeycombs core and CNTRC face sheets. Thin Wall. Struct. 2021. V. 162. 107571. https://doi.org/10.1016/j.tws.2021.107571
7. Li C., Shen H.-S., Wang H., Yu Z. Large amplitude vibration of sandwich plates with functionally graded auxetic 3D lattice core. Int. J. Mech. Sci. 2020. V. 174. 105472.https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.105472
8. Goncalves B. R., Jelovica J., Romanoff J. A homogenization method for geometric nonlinear analysis of sandwich structures with initial imperfections. Int. J. Solids Struct. 2016. V. 87. Pp. 194-205. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2016.02.009
9. Yongqiang L., Feng L., Yongliang H. Geometrically nonlinear forced vibrations of the symmetric rectangular honeycomb sandwich panels with completed clamped supported boundaries. Compos. Struct. 2011. V. 93. Pp. 360-368. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2010.09.006
10. Li Y., Zhou M., Wang T., Zhang Y. Nonlinear primary resonance with internal resonances of the symmetric rectangular honeycomb sandwich panels with simply supported along all four edges. Thin Wall. Struct. 2020. V. 147. 106480. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106480
11. Malekzadeh P. A differential quadrature nonlinear free vibration analysis of laminated composite skew thin plates. Thin Wall. Struct. 2007. V. 45. Pp. 237-250.https://doi.org/10.1016/j.tws.2007.01.011
12. Chen X., Feng Z. Dynamic behaviour of a thin laminated plate embedded with auxetic layers subject to in-plane excitation. Mech. Res. Commun. 2017. V. 85. Pp. 45-52.https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2017.07.013
13. Catapano A., Montemurro M. A multi-scale approach for the optimum design of sandwich plates with honeycomb core. Part I: homogenisation of core properties. Compos. Struct. 2014. V. 118. Pp. 664-676. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2014.07.057
14. Amabili M. Non-linearities in rotation and thickness deformation in a new third-order thickness deformation theory for static and dynamic analysis of isotropic and laminated doubly curved shells. Int. J. Nonlin. Mech. 2015. V. 69. Pp. 109-128. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2014.11.026
15. Parker T. S., Chua L. O. Practical Numerical Algorithms for Chaotic Systems. Berlin: Springer. 1989. 348 pp. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-3486-9 |
| publisher |
текст 3 |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/140 |
| work_keys_str_mv |
AT uspenskyibv resonanceparametricvibrationsofacylindricalsandwichshell AT avramovkv resonanceparametricvibrationsofacylindricalsandwichshell AT malyshevsye resonanceparametricvibrationsofacylindricalsandwichshell AT biblikiv resonanceparametricvibrationsofacylindricalsandwichshell AT uspenskyibv rezonansníparametričníkolivannâcilíndričnoísendvíčobolonki AT avramovkv rezonansníparametričníkolivannâcilíndričnoísendvíčobolonki AT malyshevsye rezonansníparametričníkolivannâcilíndričnoísendvíčobolonki AT biblikiv rezonansníparametričníkolivannâcilíndričnoísendvíčobolonki |
| first_indexed |
2025-10-30T02:49:51Z |
| last_indexed |
2025-11-11T03:05:10Z |
| _version_ |
1851757051152171008 |
| spelling |
oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-1402025-11-10T21:18:53Z RESONANCE PARAMETRIC VIBRATIONS OF A CYLINDRICAL SANDWICH SHELL РЕЗОНАНСНІ ПАРАМЕТРИЧНІ КОЛИВАННЯ ЦИЛІНДРИЧНОЇ СЕНДВІЧ-ОБОЛОНКИ USPENSKYI, B. V. AVRAMOV, K. V. MALYSHEV, S. YE. BIBLIK, I. V. циліндрична композитна сендвіч-оболонка, динамічна система зі скінченним числом ступенів вільності, біжучі хвилі, біфуркація. cylindrical composite sandwich shell, finite-degrees-of-freedom dynamical system, travelling wave, bifurcation. DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.046 This paper considers cylindrical composite sandwich shells that consist of two thin outer layers and one thick honeycomb filler. The outer layers are made of a composite orthotropic material, for example, carbon-reinforced plastic. The honeycomb filler is made of an orthotropic plastic, for example, PLA, using additive technologies. To obtain a mathematical model of nonlinear structural vibrations, the honeycomb core is homogenized into a uniform orthotropic solid layer using a finite-element simulation in ANSYS. Parametric vibrations of the cylindrical shell under the action of a longitudinal load are considered. Each layer of the structure is described by a higher-order shear theory, which uses five generalized displacements (three displacements projections onto the axes and two rotation angles of the middle surface normal). The displacement projections are continuous at the layer interfaces. The assumed mode method is used to obtain a system of nonlinear ordinary differential equations in the generalized coordinates. The method uses the kinetic and the potential energy of the structure. The shooting technique and the parameter continuation method are used jointly to analyze nonlinear vibrations, their stability and bifurcations. The multipliers are calculated to estimate the vibration stability. The stability and bifurcations of periodic oscillations are shown in the frequency responses, which describe the structure dynamics in the principal parametric resonances. As shown by the numerical analysis, standing waves are observed in the cylindrical shell. As a result of the bifurcations, the standing waves are transformed into travelling ones, which are described by a loop in the frequency response. REFERENCES 1. Karimiasl M., Ebrahimi F., Mahesh V. Nonlinear forced vibration of smart multiscale sandwich composite doubly curved porous shell. Thin Wall. Struct. 2019. V. 143. 106152.https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.04.044 2. Karimiasl M., Ebrahimi F. Large amplitude vibration of viscoelastically damped multiscale composite doubly curved sandwich shell with flexible core and MR layers. Thin Wall. Struct. 2019. V. 144. 106128. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.04.020 3. Yadav A., Amabili M., Panda S. K., Dey T., Kumar R. Forced nonlinear vibrations of circular cylindrical sandwich shells with cellular core using higher-order shear and thickness deformation theory. J. Sound Vib. 2021. V. 510. 116283. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2021.116283 4. Cong P. H., Khanh N. D., Khoa N. D., Duc N. D. New approach to investigate nonlinear dynamic response of sandwich auxetic double curves shallow shells using TSDT. Compos. Struct. 2018. V. 185. Pp. 455-465. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.11.047 5. Zhang Y., Li Y. Nonlinear dynamic analysis of a double curvature honeycomb sandwich shell with simply supported boundaries by the homotopy analysis method. Compos. Struct. 2019. V. 221. 110884. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.04.056 6. Quyen N. V., Thanh N. V., Quan T. Q., Duc N. D. Nonlinear forced vibration of sandwich cylindrical panel with negative Poisson's ratio auxetic honeycombs core and CNTRC face sheets. Thin Wall. Struct. 2021. V. 162. 107571. https://doi.org/10.1016/j.tws.2021.107571 7. Li C., Shen H.-S., Wang H., Yu Z. Large amplitude vibration of sandwich plates with functionally graded auxetic 3D lattice core. Int. J. Mech. Sci. 2020. V. 174. 105472.https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.105472 8. Goncalves B. R., Jelovica J., Romanoff J. A homogenization method for geometric nonlinear analysis of sandwich structures with initial imperfections. Int. J. Solids Struct. 2016. V. 87. Pp. 194-205. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2016.02.009 9. Yongqiang L., Feng L., Yongliang H. Geometrically nonlinear forced vibrations of the symmetric rectangular honeycomb sandwich panels with completed clamped supported boundaries. Compos. Struct. 2011. V. 93. Pp. 360-368. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2010.09.006 10. Li Y., Zhou M., Wang T., Zhang Y. Nonlinear primary resonance with internal resonances of the symmetric rectangular honeycomb sandwich panels with simply supported along all four edges. Thin Wall. Struct. 2020. V. 147. 106480. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106480 11. Malekzadeh P. A differential quadrature nonlinear free vibration analysis of laminated composite skew thin plates. Thin Wall. Struct. 2007. V. 45. Pp. 237-250.https://doi.org/10.1016/j.tws.2007.01.011 12. Chen X., Feng Z. Dynamic behaviour of a thin laminated plate embedded with auxetic layers subject to in-plane excitation. Mech. Res. Commun. 2017. V. 85. Pp. 45-52.https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2017.07.013 13. Catapano A., Montemurro M. A multi-scale approach for the optimum design of sandwich plates with honeycomb core. Part I: homogenisation of core properties. Compos. Struct. 2014. V. 118. Pp. 664-676. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2014.07.057 14. Amabili M. Non-linearities in rotation and thickness deformation in a new third-order thickness deformation theory for static and dynamic analysis of isotropic and laminated doubly curved shells. Int. J. Nonlin. Mech. 2015. V. 69. Pp. 109-128. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2014.11.026 15. Parker T. S., Chua L. O. Practical Numerical Algorithms for Chaotic Systems. Berlin: Springer. 1989. 348 pp. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-3486-9 DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.046 Розглядаються циліндричні композитні сендвіч-оболонки, що складаються з двох тонких лицьових сторін і товстого стільникового заповнювача. Лицьові сторони виготовлені з композитного ортотропного матеріалу, наприклад, вуглепластика. Стільниковий заповнювач виготовляється з ортотропного пластика, наприклад, PLA. Для виготовлення стільникового заповнювача застосовуються адитивні технології. Для отримання математичної моделі нелінійних коливань конструкції серединний шар гомогенізується в однорідне ортотропне суцільне середовище. Для такої гомогенізації використовується скінченно-елементне моделювання в програмному комплексі ANSYS. Розглядаються параметричні коливання циліндричної оболонки під дією поздовжнього навантаження. Кожен шар конструкції описується зсувною теорією високого порядку, яка використовує п'ять узагальнених переміщень (три проєкції переміщень на осі та два кути повороту нормалі до серединної поверхні). Проєкції переміщень конструкції задовольняють умові безперервності переміщень на границі між шарами. Для виведення нелінійної системи звичайних диференціальних рівнянь відносно узагальнених координат, що описують коливання сендвіч-конструкції, застосовується метод заданих форм. Цей метод використовує кінематичну та потенційну енергії конструкції. Для дослідження нелінійних коливань, їхньої стійкості та біфуркацій застосовуються спільно метод пристрілки і метод продовження розв'язку за параметром. Для оцінки стійкості розраховуються мультиплікатори. Стійкість і біфуркації періодичних коливань показуються на частотних відгуках, які описують динаміку конструкції в області основних параметричних резонансів. У результаті чисельного аналізу встановлено, що в циліндричній оболонці спостерігаються стоячі хвилі. Внаслідок біфуркації стоячі хвилі перетворюються на біжучі. Біжучі хвилі описуються петлею на частотному відгуку. ПОСИЛАННЯ 1. Karimiasl M., Ebrahimi F., Mahesh V. Nonlinear forced vibration of smart multiscale sandwich composite doubly curved porous shell. Thin Wall. Struct. 2019. Vol. 143. Р. 106152. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.04.044 2. Karimiasl M., Ebrahimi F. Large amplitude vibration of viscoelastically damped multiscale composite doubly curved sandwich shell with flexible core and MR layers. Thin Wall. Struct. 2019. Vol. 144. Р. 106128. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.04.020 3. Yadav A., Amabili M., Panda S. K., Dey T., Kumar R. Forced nonlinear vibrations of circular cylindrical sandwich shells with cellular core using higher-order shear and thickness deformation theory. J. Sound Vib. 2021. Vol. 510. Р. 116283. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2021.116283 4. Cong P. H., Khanh N. D., Khoa N. D., Duc N. D. New approach to investigate nonlinear dynamic response of sandwich auxetic double curves shallow shells using TSDT. Compos. Struct. 2018. Vol. 185. P. 455–465. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.11.047 5. Zhang Y., Li Y. Nonlinear dynamic analysis of a double curvature honeycomb sandwich shell with simply supported boundaries by the homotopy analysis method. Compos. Struct. 2019. Vol. 221. Р. 110884. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.04.056 6. Quyen N. V., Thanh N. V., Quan T. Q., Duc N. D. Nonlinear forced vibration of sandwich cylindrical panel with negative Poisson’s ratio auxetic honeycombs core and CNTRC face sheets. Thin Wall. Struct. 2021. Vol. 162. Р. 107571. https://doi.org/10.1016/j.tws.2021.107571 7. Li C., Shen H.-S., Wang H., Yu Z. Large amplitude vibration of sandwich plates with functionally graded auxetic 3D lattice core. Int. J. Mech. Sci. 2020. Vol. 174. P. 105472. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.105472 8. Goncalves B. R., Jelovica J., Romanoff J. A homogenization method for geometric nonlinear analysis of sandwich structures with initial imperfections. Int. J. Solids Struct. 2016. Vol. 87. P. 194–205. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2016.02.009 9. Yongqiang L., Feng L., Yongliang H. Geometrically nonlinear forced vibrations of the symmetric rectangular honeycomb sandwich panels with completed clamped supported boundaries. Compos. Struct. 2011. Vol. 93. P. 360–368. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2010.09.006 10. Li Y., Zhou M., Wang T., Zhang Y. Nonlinear primary resonance with internal resonances of the symmetric rectangular honeycomb sandwich panels with simply supported along all four edges. Thin Wall. Struct. 2020. Vol. 147. P. 106480. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106480 11. Malekzadeh P. A differential quadrature nonlinear free vibration analysis of laminated composite skew thin plates. Thin Wall. Struct. 2007. Vol. 45. P. 237–250. https://doi.org/10.1016/j.tws.2007.01.011 12. Chen X., Feng Z. Dynamic behaviour of a thin laminated plate embedded with auxetic layers subject to in-plane excitation. Mech. Res. Commun. 2017. Vol. 85. P. 45–52. https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2017.07.013 13. Catapano A., Montemurro M. A multi-scale approach for the optimum design of sandwich plates with honeycomb core. Part I: homogenisation of core properties. Compos. Struct. 2014. Vol. 118. P. 664–676. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2014.07.057 14. Amabili M. Non-linearities in rotation and thickness deformation in a new third-order thickness deformation theory for static and dynamic analysis of isotropic and laminated doubly curved shells. Int. J. Nonlin. Mech. 2015. Vol. 69. P. 109–128. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2014.11.026 15. Parker T. S., Chua L. O. Practical Numerical Algorithms for Chaotic Systems. Springer, Berlin. 1989. 348 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-3486-9 текст 3 2025-10-28 Article Article application/pdf https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/140 Technical Mechanics; No. 3 (2025): Technical Mechanics; 46-62 Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины; № 3 (2025): Technical Mechanics; 46-62 ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; № 3 (2025): ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; 46-62 uk https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/140/53 Copyright (c) 2025 Technical Mechanics |