تحلیل دینامیکی پوسته استوانه‌ای مدرج تابعی در معرض بار شوک ترمو-مکانیکی غیرمتقارن با خواص مادی وابسته به دما

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

در این مقاله‏‌ یک روش عددی ترکیبی برای مدلسازی سه بعدی رفتار دینامیکی گذرای پوسته استوانه‌ای جدار ضخیم مدرج تابعی در معرض فشار دینامیکی نامتقارن و شوک حرارتی توسعه داده شده است. خواص مادی پوسته وابسته به دما در نظر گرفته شده و پوسته در جهت شعاعی مدرج تابعی می‌باشد. روش ارائه شده ترکیبی از تئوری لایه‌ای، روش مربعات دیفرانسیلی و بسط سری فوریه است. جهت ارزیابی دقت روش معرفی شده، نتایج بدست آمده از این روش با نتایج حاصل از تست‌های تجربی و مدلسازی‌های عددی ارائه شده در دیگر مقالات مورد بررسی قرار گرفت. همچنین با انجام تحلیل همگرایی، سرعت همگرایی بالای این روش تایید گردید. در ادامه با بکارگیری روش ارائه شده برای یک پوسته استوانه‌ای مدرج تابعی انتخابی، رفتار دینامیکی وابسته به دمای آن در برابر شوک حرارتی و همچنین فشار دینامیکی نامتقارن محوری بررسی گردید در انتها نیز تاثیر پارامترهای موثر بر این رفتار مورد مطالعه قرار گرفت. این تحقیق در برگیرنده نتایج کاربردی مفیدی است که می‌تواند در طراحی پوسته‌های مدرج تابعی در معرض فشار دینامیکی و شوک حرارتی، مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


[1] Yang J, Shen HS (2003) Nonlinear bending analysis of shear deformable functionally graded plates subjected to thermo-mechanical loads under various boundary conditions. Compos Part B-Eng 34: 103-115.

[2] Shariati M, Mahdizadeh Rokhi M (2012) Study of dynamic fracture of functionally graded materials under thermo-mechanical shocks. Journal of Solid and Fluid Mechanics 1(3): 1-16. (in Persian)

[3] Shao ZS, Wang TJ (2006) Three-dimensional solutions for the stress fields in functionally graded cylindrical panel with finite length and subjected to thermal/mechanical loads. Int J Solids Struct 43:  3856-3874.

[4] Bahtui A, Eslami MR (2007) Coupled thermoelasticity of functionally graded cylindrical shells. Mech Res Commun 34: 1-18.

[5] Ootao Y, Tanigawa Y, (2009) Transient thermoelastic problem of a functionally graded hollow cylinder due to asymmetrical surface heating. J Therm Stresses 32: 1217-1234.

[6] Peng X-L, Li X-F (2010) Transient response of temperature and thermal stresses in a functionally graded hollow cylinder. J Therm Stresses 33: 485-500.

[7] Malekzadeh P, Heydarpour Y, Golbahar Haghighi MR, Vaghefi M (2012) Transient response of rotating laminated functionally graded cylindrical shells in thermal environment. Int J Press Vessels 98: 43-56.

[8] Zhang J-H, Li G-Z, Li Sh-R (2015) Analysis of transient displacements for a ceramic–metal functionally graded cylindrical shell under dynamic thermal loading. Ceram Int 41(9): 12378-12385.

[9] Ansari R, Torabi J, (2015) Free vibration analysis of FG-CNTRC cylindrical shells surrounded by elastic foundation subjected to thermal loading. Modares Mechanical Engineering 15(3): 271-282. (in Persian)

[10] Duc ND, Tuan ND, Tran P, Dao NT, Dat NT (2015) Nonlinear dynamic analysis of Sigmoid functionally graded circular cylindrical shells on elastic foundations using the third order shear deformation theory in thermal environments. Int J Mech Sci 101-102: 338-348.

[11] Duc ND (2016) Nonlinear thermal dynamic analysis of eccentrically stiffened S-FGM circular cylindrical shells surrounded on elastic foundations using the Reddy's third-order shear deformation shell theory. Eur J Mech A Solids 58: 10-30.

[12] Li X, Du CC, Li YH (2018) Parametric resonance of a FG cylindrical thin shell with periodic rotating angular speeds in thermal environment. Appl Math Modell 59: 393-409.

[13] Akbari A, Bagri A, Natarajan S (2018) Dynamic response of viscoelastic functionally graded hollow cylinder subjected to thermo-mechanical loads. Compos Struct 201: 414-422.

[14] Hadi A, Shakhesi S, Ovesy HR, Fazilati J (2018) Thermal stability of FGM cylindrical shells on Pasternak elastic foundation under axial load. J  Sci Technol Compos 5(2) 200-207. (in Persian)

[15] Habibi N, Samawati S, Ahmadi O (2019) Transient thermal stresses analysis in a FPGM cylinder. Mech Adv Compos Struct doi: 10.22075/macs.2019.14988.1147

[16] Reddy JN (1987) A generalization of two-dimensional theories of laminated composite plates. Comm Appl Numer Methods 3: 173-180.

[17] Shu Ch (2000) Differential Quadrature and Its Application in Engineering. 1st edn. Springer, Verlag, London, UK.

[18] Sadowski T, Nakonieczny K (2008) Thermal shock response of FGM cylindrical plates with various grading patterns. Comput Mater Sci 43(1): 171-178.

[19] Setoodeh AR, Tahani M, Selahi E (2011) Hybrid layerwise-differential quadrature transient dynamic analysis of functionally graded axisymmetric cylindrical shells subjected to dynamic pressure. Compos Struct 93: 2663-2670.

[20] Tahani M, Setoodeh AR, Selahi E (2013) Three-dimensional transient analysis of functionally graded cylindrical shells subjected to asymmetric dynamic pressure. Sci Eng Compos Mater 20(1): 75-85.

 [21] Shariyat M, Lavasani SMH, Khaghani M (2010) Nonlinear transient thermal stress and elastic wave propagation analyses of thick temperature-dependent FGM cylinders, using a second-order point-collocation method. Appl Math Modell 34: 898-918.