Dynamics Analysis of Viscoelastic Sandwiched Structures Integrated with Aluminum Sheets by Using Finite Element Method

Abstract

Passive vibration attenuation of modern mechanical structures is one of the most essential technologies applied to the arsenal of modern mechanical structures. In this thesis, dynamics analysis is performed on viscoelastic (VE) beam and plate sandwich structures. The proposed structures are composed of a VE core and aluminum face sheets as the substrate layers on both sides of the structure. The small-strain VE material is modeled based on the complex constant moduli model. In the modal analysis, the model effective mass analysis is performed to investigate its dominant mode shape and its sweet spot at resonance. Then, in the harmonic analysis, the resonance frequency is obtained to evaluate the performance of the VE sandwich structures via the maximum deformation. A comparison between the results of an analysis of viscoelastic sandwiched structures with subsequent done using FE models. A numerical application is accomplished to develop the integral shear finite element and modal assembly of the stiffness element and mass element established according to strain energy and the Hamilton principle. The harmonic analysis is done using ABAQUS® software with both C3D20RH®, CPS8R where C3D20RH indicates a 3- D element with 20 nodes with reduced integration technique and hybrid formulation and CPS8R indicates 2-D plane strain with eight nodes with reduced integration technique, the results are compared against analytical solutions form the literature, a parametric study is done on the beam’s core thickness to study the effect on the damping characteristics of the beam, the results showed that the modal developed in MATLAB® achieved the least error compared to the analytical solution from the literature and then comes the Abaqus® software solution, also the parametric study showed that the natural frequency of the beam does not change with the increase of the core thickness, however, the loss factor is directly proportional to the thickness of the viscoelastic layer of the beam. Keywords: Viscoelastic, Sandwich Beam/Plate, Dynamics Analysis, Complex Constant Moduli, Finite Element Method, Shear Deformation TheoryModern mekanik yapıların pasif titreşim azaltması, modern mekanik yapıların cephaneliğine uygulanan en temel teknolojilerden biridir. Bu tezde, viskoelastik (VE) kiriş ve plakalı sandviç yapılar üzerinde dinamik analiz yapılmıştır. Önerilen yapılar, yapının her iki tarafında alt katman katmanları olarak bir VE çekirdeği ve alüminyum yüzey levhalarından oluşur. Küçük gerilimli VE malzemesi, karmaşık sabit modül modeline dayalı olarak modellenmiştir. Modal analizde, baskın mod şeklini ve rezonanstaki tatlı noktasını araştırmak için model etkin kütle analizi yapılır. Daha sonra harmonik analizde, VE sandviç yapıların performansını maksimum deformasyon yoluyla değerlendirmek için rezonans frekansı elde edilir. Daha sonra FE modelleri kullanılarak yapılan viskoelastik sandviç yapıların bir analizinin sonuçları arasında bir karşılaştırma. Gerinim enerjisi ve Hamilton ilkesine göre oluşturulan rijitlik elemanı ve kütle elemanının integral kesme sonlu elemanını ve modal montajını geliştirmek için sayısal bir uygulama gerçekleştirilmiştir. Harmonik analiz, hem C3D20RH® hem de CPS8R ile Abaqus® yazılımı kullanılarak yapılır; burada C3D20RH, azaltılmış entegrasyon tekniği ve hibrit formülasyon ile 20 düğümlü bir 3- D elemanı belirtir ve CPS8R, azaltılmış entegrasyon tekniği ile sekiz düğümlü 2-D düzlem gerinimini gösterir, sonuçlar literatürdeki analitik çözümlerle karşılaştırıldı, kirişin sönümleme özellikleri üzerindeki etkisini incelemek için kirişin çekirdek kalınlığı üzerinde parametrik bir çalışma yapıldı, sonuçlar MATLAB®'da geliştirilen modun analitik ile karşılaştırıldığında en az hataya ulaştığını gösterdi. Literatürden bir çözüm ve ardından ABAQUS® yazılım çözümü geliyor, ayrıca parametrik çalışma, kirişin doğal frekansının çekirdek kalınlığının artmasıyla değişmediğini, ancak kayıp faktörünün viskoelastiğin kalınlığı ile doğru orantılı olduğunu gösterdi. ışın tabakası. Anahtar Kelimeler: Viskoelastik, Sandviç Kiriş/Plaka, Dinamik Analiz, Karmaşık Sabit Modül, Sonlu Elemanlar Metodu, Kayma Deformasyon Teorisi