تحلیل اجزاء محدود غیرخطی تنشهای ترموالاستیک دیسک دوار FGM با در نظر گرفتن وابستگی خواص مواد به دما

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

مهرنوش دمیرچلی ¹ , محمد آزادی ²

1 - دانشجوی دکتری مکانیک ، دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات
2 - دانشجوی دکتری مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف

Received: 2015-10-03 Accepted : 2015-10-03 Published : 2008-06-21

Keywords: FGM, روش اجزاء محدود, دیسک دوار, تنش ترموالاستیک, وابستگی خواص به دما, تحلیل غیرخطی,

Abstract :

در این مقاله، تحلیل غیرخطی تنش­های ترموالاستیک شعاعی و محیطی یک دیسک توپر ساخته شده از جنس مواد FGM انجام شده است. برای این منظور، از روش اجزاء محدود استفاده شده است. در روش فوق، المان­های یک­بعدی مرتبه دو (با سه نقطه گره) به­کار رفته­اند. شرایط مرزی هندسی و تنشی، به شکل عدم وجود فشار خارجی و در نتیجه صفر بودن تنش شعاعی در لایه بیرونی دیسک، و جابه‌جایی صفر در مرکز آن تعریف می‌شود. توزیع دما، به‌صورت یک منحنی درجه دوم فرض شده است. تغییرات خواص مواد، شامل مدول الاستیسیته، ضریب پواسون و ضریب انبساط خطی حرارتی، با استفاده از تابعی توانی بر حسب تغییرات شعاع دیسک و همچنین، وابستگی آن­ها به دما، مدلسازی شده­اند. یک مثال عددی آورده شده است که در آن جابه‌جایی­های شعاعی، تنش­های ترموالاستیک شعاعی و محیطی به ازای توان­های مختلفی (N) از قانون توانی و سرعت­های زاویه­ای متفاوت بر حسب شعاع دیسک ارائه گردیده­اند. نتایج نشان می­دهند که با افزایش هر دو پارامتر N و سرعت زاویه­ای دیسک، مقادیر جابه‌جایی و تنش، افزایش می­یابند. در انتهای مقاله، وابستگی و عدم وابستگی خواص به دما مورد بررسی قرار گرفته است.

References:

[1]        Suresh S., Mortensen A., Fundamental of Functionally Graded Materials, Barnes and Noble Pub, 1998.

[2]        Koizumi M., Nino M., Overview of FGM research in Japan, MRS Bulletin, Vol. 20, 1995, pp. 19-21.

[3]        Kaysser W.A., Ilschner B., FGM research activities in Europe, MRS Bulletin, Vol. 20 1995, pp. 22-26.

[4]        Research on the basic technology for the development of functionally graded materials for relaxation of thermal stress, Science on Technology Agency of Japanese Government Report, 1987.

[5]        Timoshenko S.P., Goodier J.N., Theory of Elasticity, McGraw-Hill, New York, 1987

[6]        Lekhnitskii S.G. , Anisotropic Plates, Gordon and Breach, London, 1968.

[7]        Seireg A., Surana K.S., Optimum design of rotating disks, J. Engineering, Vol. 92, 1970, pp. 1–10.

[8]        Murthy D.N.S., Sherbourne A.N., Elastic stresses in anisotropic disks of variable axial, J. Mechanical Science, Vol. 12,1970,  pp. 627–640.

[9]        Yeh K.Y., Han R.P.S., Analysis of high-speed rotating disks with variable axial and in-homogeneity, J. Applied Mechanics, Vol. 61, 1994, pp. 186–191.

[10]    Leissa A.W., Vagins M., The design of orthotropicmaterials for stress optimization,    J. Solids  Structures, Vol. 14,1978, pp. 517–526.

[11]    Jain R., Ramachandra K., Simha K.R.Y., Rotating anisotropic disc of uniform strength, J. Mechanical Science, Vol. 41, 1999, pp. 639–648.

[12]    Jain R., Ramachandra K., Simha K.R.Y., Singularity in rotating orthotropic discs and shells, J. Solids Structures, Vol. 37, 2000,
pp. 2035–58

[13]    Zhou F., Ogawa A., Elastic solutions for a solid rotating disk with cubic anisotropy, J. Applied Mechanics, Vol. 69 , 2002, pp. 81–83

[14]    Ramu S.A., Iyengar K.J., Quasi-three dimensional elastic stresses in rotating disks, J.  Mechanical Science, Vol. 16 ,1974, pp. 473–477

 

 

 

 

[15]    Chen W.Q., Lee K.Y., Stresses in rotating cross-ply laminated hollow cylinders with arbitrary axial, J. Strain Analysis, Vol. 39, 2004,
pp. 437–445

[16]    Mian M.A, Spencer A.J.M., Exact solutions for functionally graded and laminated elastic materials, J.  Solid Mechanics, Vol. 46, 1998, pp. 2283–95.

[17]    Chen J., Ding H., Chen W., Three-dimensional analytical solution for a rotating disc of functionally graded materials with transverse isotropy, J. Applied Mechanics, Vol. 77, 2007, pp. 241–251.

[18]    Hosseini Kordkheili S.A., Naghdabadi R., Thermoelastic analysis of a functionally graded rotating disk, J. Composite Structures, Vol. 79, 2007, pp. 508-516.

[19]    Zenkour A.M., Stress distribution in rotating composite structures of functionally graded solid disks, J. Materials Processing Technology, Vol. 209(7), 2009, pp. 3511-17.

[20]    Bayat  M., Sahari B.B., Saleem M., Ali  A., Wong  S.V., Thermoelastic solution of a functionally graded variable thickness rotating disk with bending based on the first-order shear deformation theory, J. Thin-walled Structure, Vol. 47, Issue 5, 2009, Pages 568-582 .

[21]    Reddy J.N., Chin C.D., Thermomechanical analysis of functionally graded cylinders and plates, J. Thermal Stresses, Vol. 21,1998,
pp. 593-626.

[22]    Budynas R.G., Advanced Strength And Applied Stress Analysis, McGraw-Hill Kogakusha, Ltd., Tokyo, 1977.

[23]    T.J.R. Hughes, The Finite Element Method, Prentice-Hall International Inc., 1987.