Modeling and numerical simulation of static and dynamic behavior of multilayered plates with interface effects

Modélisation et simulation numérique des comportements statique et dynamique des plaques multicouches à effets d’interfaces

¹ Equipe M2AI, Université Moulay Ismail, ENSAM, BP15290 El Mansour 50 000, Meknès-Maroc
² Equipe de MMC, Département de Mathématiques, FST- Tanger, Université Abdelmalek Essaadi, BP416 Tanger-Maroc
³ Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, King Abdulaziz University, Jeddah, Saudi Arabia

Abstract

In Multilayered structures the interface effects have a wide range of applications in aerospace, automotive and especially in civil engineering. The design and construction of these structures and the account for interface effects require special expertise in modeling, simulation and implementation. Many studies in this case were conducted to address these issues. The objective of this work is the modeling and numerical simulation of static and dynamic behaviors of beams and plates multilayered structures with different types of interfaces. The focus was on the prediction of the behavior of stresses; shears and displacements depending on thickness. The interface can be elastic or viscoelastic of small or large thickness. The state space method has been developed for this purpose. Various types of rolled arbitrary number of isotropic or anisotropic layers structures were considered. The three-dimensional behavior is obtained for different types of static and dynamic loading. The results were compared with those based on the model of Stroh and on the various existing theories of beams and plates. The methodological approach, developed here, will be applied to thick structures, functionally graded, bimorph or multilayer structures and possibly piezoelectric or viscoelastic layered structures with interface effect

Résumé

Les structures multicouches à effets d’interface ont une large application en aéronautique, automobile et notamment en génie civil. La conception, la réalisation de ces structures ainsi que la prise en compte des effets d’interface nécessitent une compétence particulière en modélisation, simulation et mise en oeuvre. De nombreuses études en l’occurrence ont été menées et ce pour répondre à ces problématiques. L’objectif de ce travail est la modélisation et simulation numérique des comportements statique et dynamique des structures poutres et plaques multicouches à différents types d’interfaces. L’accent a été mis sur la prédiction du comportement des contraintes, cisaillements et déplacements selon l’épaisseur. L’interface peut être élastique ou viscoélastique à petite ou à grande épaisseur. La méthode d’espace d’état a été élaborée pour cette fin. Différents types de structures laminées à nombre arbitraire de couches isotropes ou anisotropes ont été considérés. Le comportement tridimensionnel est obtenu pour différents types de chargement statiques et dynamiques. Les résultats obtenus ont été comparés avec ceux basés sur le modèle de Stroh ainsi que sur les différentes théories existantes des poutres et plaques. L’approche méthodologique, ainsi élaborée, va être appliquée aux structures épaisses, structures à comportement gradué, structures bilames ou multicouches et éventuellement à des structures à couches piézoélectriques ou viscoélastiques ou à effet d’interface.