FEA of stress-strain state and vibrations of a three-layer plate

Abstract

Сонячні панелі розглянуто як тришарові пластини з товстим, жорстким зовнішнім шаром і тонким, мʼяким внутрішнім шаром. Для опису механічної поведінки пластин на прикладі сонячної панелі використано модель анти-сендвіч пластин. Огляд літератури включає наукові статті, що описують моделі для аналітичних та чисельних розрахунків тришарових пластин. Наведено експериментальні дані механічних характеристик матеріалів, які використовувалися для моделювання напружено-деформованого стану та дослідження коливань тришарової пластини. Результати чисельного моделювання наведено в даній статті. Під час наукового дослідження механічної поведінки сонячної пластини під впливом зовнішніх факторів, таких, як вплив температури на погодні умови, використано метод скінчено-елементного аналізу для багатошарових пластин. Оболонкові елементи використано для розрахунку та моделювання власних форм коливань тришарових пластин. Дослідження збіжності результатів проведено з метою перевірки точності скінчено-елементного розрахунку. Згенеровано чотири сітки з різною кількістю елементів, на яких розраховано максимальні значення прогинів пластини та порівнено між собою. Представлено наукові дослідження при статичному навантаженні за різних умов впливу. Проведений модальний та гармонічний аналіз, які дали змогу визначити й проаналізувати залежності власних коливань та форми коливань, досліджено напружено-деформований стан залежно від частот коливань тришарової пластини. Для дослідження температурного впливу побудовано графічні залежності переміщень, деформацій та напружень у різних площинках. У рамках наукової роботи досліджено механічну модель тонкої сонячної панелі за допомогою скінчено-елементного аналізу в програмі ANSYS з урахуванням різних температурних режимів та порівнянням результатів з існуючими дослідженнями

Solar panels are considered as three-layer plates with a thick, rigid outer layer and a thin, soft inner layer. The model for anti-sandwich plates was used to describe the mechanical behavior of the plates in the example of a solar panel. The literature review includes scientific articles describing models for analytical and numerical calculations of three-layer plates. During the scientific study of the mechanical behavior of the solar plate under the influence of external factors, the finite element analysis method for multilayer plates was used. The shell elements were used to calculate and model the natural waveforms of three-layer plates. The paper presents scientific research under static loading under various conditions of influence, analyzes the natural frequencies, and vibration forms, and investigates the stress-strain state depending on the vibration frequencies of the three-layer plate. As part of the scientific work, a mechanical model of a thin solar panel was studied using finite element analysis in the ANSYS program, taking into account various temperature conditions and comparing the results with existing studies