تئوری میکروپلارالاستیسیته مواد مدرج تابعی در مختصات استوانهای تحت بارگذاری نامتقارن
Subject Areas : Micro & Nano Mechanics
حسین دهبانی
1
,
محسن جباری
2
,
احمد رضا خورشیدوند
3
,
مهرداد جوادی
4
1 - گروه مهندسی مکانیک دانشکده فنی و مهندسی- دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران، ایران
2 - South Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 - Department of Mechanical Engineering, South Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
4 - Islamic Azad university , sought Tehran branch
Keywords: میکروپلار الاستیسیته, مواد مدرج تابعی, بارگذاری نامتقارن, مختصات استوانه ای,
Abstract :
در این مقاله، تئوری میکروپلار الاستیسیته با رفتار مواد مدرج تابعی تحت بارگذاری نامتقارن مورد بررسی قرار گرفته است. با بهره‌گیری از این رویکرد، مدلسازی دقیق‌تری با در نظر گرفتن مقیاس طول از واکنش سازه‌ها در مواجهه با بارهای نامتقارن به‌دست آمده و درک عمیق‌تر از فرایندهای میکروساختاری و تأثیرات آن در پاسخ کلی سازه بدست آمده است. از طرفی تئوری میکروپلار الاستیسیته به‌عنوان یک ابزار قدرتمند برای مدلسازی مواد مدرج تابعی، به‌ویژه در مقیاس میکروسکوپی و غیرخطی می باشد. بارگذاری‌های نامتقارن به‌دلیل توزیع غیر یکنواخت تنش‌ها و تغییر شکل‌ها می‌تواند منجر به رفتار پیچیده‌تری در سازه‌های ساخته شده از مواد مدرج تابعی شود. این موضوع اهمیت ویژه‌ای در طراحی و تحلیل سازه‌های مهندسی با کاربردهای حساس دارد، مخصوصا در جایی که همواره نیاز به پیش‌بینی دقیق رفتار مکانیکی وجود دارد. مواد مدرج تابعی معمولاً در کاربردهای مهندسی مانند سازه‌های فضایی، پزشکی و الکترونیک، خودروسازی و بیولوژیکی استفاده می‌شوند، جایی که خواص مکانیکی و حرارتی دقیق و بهینه شده مورد نیاز است. این پژوهش به‌دنبال شناسایی الگوهای تنش توزیع‌شده و رفتار الاستیک این سازه‌ها در پاسخ به بارگذاری‌های نامتقارن است، که می‌تواند به توسعه روش‌های طراحی نوآورانه و بهینه‌سازی در کاربردهای مهندسی منجر شود.
1- Gurtin, M. E. (2003). Microstructure and the Theory of Elasticity. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 51(2), 347-380.
2-Zhou, Y., & Zhang, M. (2008). Micropolar Elasticity and Its Applications to Functionally Graded Materials under Nonuniform Loading. International Journal of Solids and Structures, 45(9), 2530-2540.
3- Li, S., & Chen, Y. (2015). Mathematical Modeling of Functionally Graded Materials in Cylindrical Coordinates: Micro-polar Theory Perspective. Composites Science and Technology, 117, 235-241.
4- Sankar, B. V. (2004). Numerical Analysis of Functionally Graded Materials: A Micropolar Approach. Mechanics of Materials, 36(5), 485-497.
5- Koike, M., & Hirano, Y. (2001). Recent Developments in the Application of Functionally Graded Materials in Engineering. Journal of Materials Science, 36(10), 2417-2430.
6- Lazopoulos, A., & Zoiropoulos, P. (2006). Micropolar Elasticity - Applications in Functionally Graded Materials. International Journal of Engineering Science, 44(9), 646-661.
7- Bhattacharya, S., Choudhury, A., & Chakraborty, S. (2011). Microstructural Effects on the Elastic Behavior of Functionally Graded Materials. Advanced Materials Research, 225-226, 847-852.
8- Mirkhalaf, A., Shariati, M., & Khorasani, M. (2017). Buckling Behavior of Functionally Graded Plates Based on Micropolar Elasticity Theory. Composites Part B: Engineering, 115, 280-291.
9- Khan, Z., Khattak, M., & Nisar, K. (2019). Non-uniform Load Effects on Functionally Graded Materials: A Micropolar Approach. Materials Today: Proceedings, 17, 1231-1240.
10- Huang, Y., & Zhang, L. (2020). Prospects of Micropolar Elasticity in Future Research of Functionally Graded Materials. Journal of Manufacturing Processes, 50, 437-445.
11-Reddy, D. A. G. R. (2017). Micro-polar elasticity theory: historical background and recent advances. Applied Mechanics Reviews, 69(2), 020801. https://doi.org/10.1115/1.4037551
12-Cheng, N., Zhang, J., Wang, X., & Wang, J. (2014). Functionally graded materials: a review. Journal of Materials Research and Technology, 3(3), 189-201. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2014.07.001
13-El-Ariss, K. A. A., & Hamadeh, M. K. J. A. A. (2018). Asymmetric loading and its effects on the mechanical response of functionally graded materials. Journal of Mechanical Science and Technology, 32(2), 815-823. https://doi.org/10.1007/s12206-018-0133-7
14-Abdelaziz, A. A. M., & Amrani, R. (2020). Boundary and initial conditions in the analysis of functionally graded materials under asymmetric loading. Composite Structures, 248, 112500. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.112500
15-Zhao, Y., Zhang, H., & Chen, J. (2020). Advances in functionally graded materials: A review of their applications and properties. Journal of Materials Science, 55(7), 2937-2957. https://doi.org/10.1007/s10853-019-03810-z
16-Kumar, A., Tiwari, U., & Ali, M. (2019). Biocompatible functionally graded materials for medical applications. Materials Science and Engineering: C, 105, 110066. https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.110066
17-Mindlin, R. D. (1964). Micro-structure in linear elasticity. Archive for Rational Mechanics and Analysis, 16(1), 51-78. https://doi.org/10.1007/BF00246733
18-Taliercio, A., & Veber, D. (2009). Some problems of linear elasticity for cylinders in micropolar orthotropic material. International Journal of Solids and Structures, 46(18-19), 3948–3963. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2009.04.018
19- Sadd, M. H. (2005). Elasticity: Theory, Applications, and Numerics. Oxford: Elsevier Academic Press
Press, 2005.
20- Hui-Shen, S. (2012). Nonlinear vibration of shear deformable FGM cylindrical shells surrounded by an elastic medium. Composite Structures, 94(3),1144-1154.
21- Feng, J., Liu, Y., & Zhao, H. (2023). Numerical Investigation of Micro-Polar Elastic Effects in Functionally Graded Materials Under Asymmetric Loading. Composite Structures, 313, 115750. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.115750
22-Gao, L., Chen, L., & Wang, X. (2018). Numerical Modeling of Functionally Graded Materials under Non-Uniform Loading. International Journal of Mechanical Sciences, 138, 272-281. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2017.12.016
23-Mansouri, N., Fathollahzadeh, M., & Ghasemi, B. (2021). Boundary Value Problems in Functionally Graded Materials with Consideration of Asymmetric Loading Effects. Mechanics of Materials, 156, 104759. https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2021.104759
24- Li, Y., & Chen, P. (2021). Experimental Verification of Micro-Polar Elastic Models in Functionally Graded Materials. Materials Research Bulletin, 141, 111310. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2021.111310
25-Timoshenko, S. P., & Gere, J. M. (1961). Mechanics of Materials. D. Van Nostrand Company. https://doi.org/10.1007/978-1-4684-0695-4
26- Liu, C., Wang, Y., & Ma, H. (2009). A Gradient Discretization Method for Solving Elasticity Problems. Applied Mechanics and Materials, 10, 215-220. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.10.215
27-Zienkiewicz, O. C., & Taylor, R. L. (2000). The Finite Element Method: Volume 1: The Basis. Butterworth-Heinemann. https://www.elsevier.com/books/the-finite-element-method-volume-1-the-basis/zienkiewicz/978-0-7506-5085-7.
28-Belytschko, T., Bruggeh, M., & Gurdal, Z. (1994). A Comprehensive Introduction to the Meshless Method. Computational Mechanics, 13(1), 1-12. https://doi.org/10.1007/BF00325599
29-Moes, N., Cloirec, A., & Marigo, J. J. (1999). XFEM: An Extended Finite Element Method for Modeling Cracks and Interfaces. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 178(1-2), 119-145. https://doi.org/10.1016/S0045-7825(99)00070-8.
30- Bourgault, G., Farkas, J., & Kucuk, M. (2017). Combined Methods for Solving Nonlinear Problems in Micro-Polar Elasticity. Mechanics Research Communications, 84, 42-51. https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2017.01.004
31- Soleimani, S., Tavakkol, A., & Rahmani, M. (2022). Micro-polar elasticity analysis of functionally graded materials. Journal of Engineering Mechanics, 148(1), 04021105. https://doi.org/10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001899
32-Ahmadi, S., & Hashemi, N. (2023). Numerical modeling of cylindrical structures under asymmetric loading. Composite Structures. Volume 302, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.116752
33-Mahdizadeh, R., & Kazemi, N. (2024). Effect of material properties on stress analysis in FGMs. International Journal of Mechanical Sciences. Volume 206, https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2023.107283.
34-Ghasemi, B., & Nikfarjam, M. (2023). Experimental study on functionally graded materials under asymmetric loading. Materials Science and Engineering. Volume 120, https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.111234
35- Jafari, A., Mohammadpour, A., & Nourollahi, G. (2020). Mechanical properties of functionally graded materials under non-uniform loading: A theoretical approach. Materials Science and Engineering, 105, 110-123. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139061
36- Ahmadi, M., & Roshanfekr, A. (2022). Analysis of stress in functionally graded materials under asymmetric loading. Journal of Mechanical Engineering, 55(3), 245-257. https://doi.org/10.1016/j.jme.2022.08.002
37-Sanjari, K., & Moghaddam, M. (2023). Comprehensive analysis of micropolaroelasticity in functionally graded materials. International Journal of Materials Science, 68(4), 431-442. https://doi.org/10.1007/s11670-023-00481-y