Asymmetric buckling analysis of the circular FGM plates with temperature-dependent properties under elastic medium
محورهای موضوعی : فصلنامه شبیه سازی و تحلیل تکنولوژی های نوین در مهندسی مکانیکعلیرضا نداف اسکویی 1 , هادی محمدی هویه 2 , وحید علایی 3 , خداداد واحدی 4
1 - دانشیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران
2 - مدرس، گروه مکانیک، دانشگاه ایوانکی، سمنان
3 - کارشناس ارشد، دانشکده مکانیک، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران
4 - دانشیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران
کلید واژه: Elastic foundation, Functionally Graded Materials, Temperature-dependency, Circular plates, Asymmetric buckling,
چکیده مقاله :
In this paper, Asymmetric buckling analysis of functionally graded (FG) Circular plates with temperature dependent property that subjected to the uniform radial compression and thermal loading is investigated. This plate is on an elastic medium that simulated by Winkler and Pasternak foundation. Mechanical properties of the plate are assumed to vary nonlinearly by temperature change. The equilibrium equations are obtained using the classical plate theory (CPT), Von Karman geometric nonlinearity and virtual displacement method. Existence of bifurcation buckling is examined and stability equations are obtained by means of the adjacent equilibrium criterion. The effects of elastic foundation coefficient, thickness to radius, power law index, and temperature-dependency of the material properties on critical buckling load of FG plates are presented. The results of the present work have been compared with the results of other investigator and the results of the comparison are very good. It is found that by increasing temperature, critical buckling load decreases. It is also concluded that the critical buckling load of (FG) Circular plates increases with an increase in the Winkler and Pasternak constants of elastic foundation.
در این مقاله، کمانش نامتقارن ورق دایروی ساخته شده از مواد هدفمند، با خواص وابسته به دما که تحت تاثیر فشار شعاعی و دمای یکنواخت قرار دارد ، مورد بررسی قرار گرفته است. این ورق بر روی محیط الاستیک تعبیه شده است که این محیط توسط دو مدل وینکلر و پاسترناک شبیه سازی شده اند. کلیه‌ی خواص مکانیکی ماده، بصورت غیرخطی با دما تغییر می‌نمایند. معادله تعادل سیستم با استفاده از نظریه‌ی کلاسیک ، فرضیه‌ی غیرخطی فون-کارمن و اصل تغییرمکان مجازی دست آمده است. وجود شاخه‌های کمانش تخمین زده شده است و معادلات پایداری توسط معیار تعادل در مجاورت به دست آمده است. در ادامه معادلات پایداری توسط پارامترهای بدون بعد بی بعدسازی شده و توسط یک روش تحلیلی حل گردیده اند. تأثیر پارامترهایی از جمله ضرایب بستر الاستیک بر بار بحرانی کمانش ورق دایروی هدفمند، نسبت ضخامت ورق به شعاع خارجی و شاخص تابع توانی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از پژوهش حاضر با نتایج سایر مراجع مورد راستی آزمایی قرار گرفته و مطابقت بین آنها رضایت‌بخش است. نتایج این پژوهش نشان می‌دهند که افزایش دما باعث کاهش مدول یانگ و سفتی ماده هدفمند و در نتیجه کاهش بار بحرانی کمانش می‌شود. همچنین مشاهده می‌شود که افزایش ضرایب بستر الاستیک وینکلر و پسترناک باعث افزایش بار بحرانی کمانش می‌شود.
[1] Fukui Y., "Fundamental investigation of functionally gradient material manufacturing system using centrifugal force" JSME International Journal, Ser, 3, Vibration, Control Engineering, engineering for industry, Vol. 34, No. 1, 1991, pp. 144-148.
[2] Bryan G. H., "On the stability of a plane plate under thrusts in its own plane, with applications to the “buckling” of the sides of a ship" Proceedings of the London Mathematical Society, Vol. 1, No. 1, 1890,pp. 54-67.
[3] Timoshenko, Stephen P., and James M., "Theory of elastic stability " McGrawHill-Kogakusha Ltd, Tokyo, 1961.
[4] Almroth B. O., and Brush D. O., "Buckling of bars, plates and shells" Mc Graw-Hill, New York 48, 1975.
[5] Yamaki N., "Buckling of a thin annular plate under uniform compression" Journal of Applied Mechanics, Vol. 25, No. 3, 1958, pp. 267-273.
[6] Reddy J. N., and Khdeir A., "Buckling and vibration of laminated composite plates using various plate theories" American Institute of Aeronautics and Astronautics Vol. 27, No. 12, 1989, pp. 1808-1817.
[7] Najafizadeh M. M., and Heydari H. R., "An exact solution for buckling of functionally graded circular plates based on higher order shear deformation plate theory under uniform radial compression" International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 50, No. 3, 2008, pp. 603-612.
[8] Najafizadeh M. M., and Heydari H. R., "Thermal buckling of functionally graded circular plates based on higher order shear deformation plate theory" European Journal of Mechanics-A/Solids, Vol. 23, No. 6, 2004, pp. 1085-1100.
[9] Wang C. Y., "On the buckling of a circular plate on an elastic foundation" Journal of applied mechanics, Vol. 72, No. 5, 2005, pp. 795-796.
[10] Shariat B. S., and Eslami M. R., "Buckling of thick functionally graded plates under mechanical and thermal loads" Composite Structures, Vol. 78, No. 3, 2007, pp. 433-439.
[11] Najafizadeh M. M., and Eslami M. R., "Buckling analysis of circular plates of functionally graded materials under uniform radial compression" International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 44, No. 12, 2002, pp. 2479-2493.
[12] Najafizadeh M. M., and Eslami M. R., "First-order-theory-based thermoelastic stability of functionally graded material circular plates" American Institute of Aeronautics and Astronautics, Vol. 40, No. 7, 2002, pp. 1444-1450.
[13] Shariat B. S., Javaheri R., and Eslami M. R., "Buckling of imperfect functionally graded plates under in-plane compressive loading." Thin-walled structures, Vol. 43, no. 7, 2005, pp. 1020-1036.
[14] Matsunaga, Hiroyuki. "Thermal buckling of functionally graded plates according to a 2D higher-order deformation theory." Composite Structures, Vol. 90, no. 1, 2009, pp. 76-86.
[15] Klosner J. M., ”Buckling of simply supported plates under arbitrary symmetrical temperature distributions”. Journal of the Aerospace Sciences, Vol. 25, 1958, pp. 181–184.
[16] Ghiasian S. E., et al, "Thermal buckling of shear deformable temperature dependent circular/annular FGM plates" International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 81, 2014, pp. 137-148.
[17] Javaheri R., and Eslami M. R., "Thermal buckling of functionally graded plates" American Institute of Aeronautics and Astronautics, Vol. 40, No. 1, 2002, pp. 162-169.
[18] Reddy J. N., and Chin C. D., "Thermomechanical analysis of functionally graded cylinders and plates" Journal of Thermal Stresses, Vol. 21, No. 6, 1998, pp. 593-626.
[19] Saidi A. R., and Hasani Baferani A., "Thermal buckling analysis of moderately thick functionally graded annular sector plates" Composite Structures, Vol. 92, No. 7, 2010, pp. 1744-1752.
[20] Yu L. H., and Wang C. Y., "Buckling mosaic of a circular plate on a partial elastic foundation" Structural Engineering and Mechanics, Vol. 34, No. 1, 2010, pp. 135-138.
