تحلیل دیسک دوار با مواد مدرج تابعی براساس مدل هدایت حرارتی غیرفوریه تحت میدان الکترومغناطیس

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران

2 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران

3 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران

چکیده

در این مقاله پاسخ ترمومغناطیس دیسک دوار با مواد مدرج تابعی براساس مدل هدایت حرارتی غیرفوریه تحت میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی بررسی شده است. در این بررسی مدل هدایت حرارتی غیرفوریه براساس مدل تأخیر زمانی دوگانه در نظر گرفته شده است. خصوصیات مکانیکی دیسک به‌‌صورت تابع توانی در راستای شعاع در نظر گرفته شده، همچنین معادلات حاکم دیسک دوار استخراج شده و با روش نیمه ‌تحلیلی به تحلیل آن پرداخته می‌شود. نتایج این بررسی برای شرایط مرزی مختلف، گیردار - آزاد، آزاد – آزاد و دیسک توپر به‌دست آمده است. در این مطالعه تأثیر تغییرات پارامترهای مختلف از جمله ضریب ناهمگنی ماده، شدت میدان مغناطیسی و اثرات میدان حرارتی بر رفتار دیسک دوار با مواد مدرج تابعی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. نهایتاً صحت نتایج حاصله با مقایسه آن‌ها با نتایج حاصل در پژوهش‌های قبلی مورد بررسی قرار گرفته و مطابقت خوبی بین کار حاضر و مطالعات پیشین دیده شده است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش ضریب ناهمگنی مواد، تغییرات دمایی افزایش می‌یابد. همچنین مشاهده گردید که وجود میدان مغناطیسی در دیسک، موجب کاهش تغییر مکان و همچنین کاهش تنش و افزایش سختی سیستم می‌شود.

کلیدواژه‌ها


[1] Dai T, Dai HL (2017) Analysis of a rotating FGMEE circular disk with variable thickness under thermal environment. Appl Math Model 45: 900-924.
[2] Dai HL., Zheng ZQ, Dai T (2017) Investigation on a rotating FGPM circular disk under a coupled hygrothermal field. Appl Math Model 46:  28-47.
[3] Khanna K, Gupta VK, Nigam SP (2017) Creep Analysis in Functionally Graded Rotating Disc Using Tresca Criterion and Comparison with Von-Mises Criterion. Mater Today-Proc 4(2): 2431-2438.
[4] Loghman A, Azami M (2016) A novel analytical-numerical solution for nonlinear time-dependent electro-thermo-mechanical creep behavior of rotating disk made of piezoelectric polymer. Appl Math Model 40(7): 4795-4811.
[5] Dai T, Dai HL (2016) Thermo-elastic analysis of a functionally graded rotating hollow circular disk with variable thickness and angular speed. Appl Math Model 40(17): 7689-7707.
[6] Zenkour A (2009) Stress distribution in rotating composite structures of functionally graded solid disks. J Mater Process Tech 209(7): 3511-3517.
[7] Asghari M, Ghafoori E (2010) A three-dimensional elasticity solution for functionally graded rotating disks. Compos Struct 92(5): 1092-1099.
[8] Kadkhodayan M, Golmakani M (2014) Non-linear bending analysis of shear deformable functionally graded rotating disk. Int J Nonlin Mech 58:  41-56.
[9] Akbari M, Ghanbari J (2015) Analytical solution of thermo-elastic stresses and deformation of functionally graded rotating hollow discs with radially varying thermo-mechanical properties under internal pressure. Comput Mater Contin 45:  187-201.
[10] Shahzamanian M, Sahari B, Bayat M, Mustapha F, Ismarrubie Z (2010) Finite element analysis of thermoelastic contact problem in functionally graded axisymmetric brake disks. Compos Struct 92(7): 1591-1602.
[11] Afsar A, Go J (2010) Finite element analysis of thermoelastic field in a rotating FGM circular disk. Appl Math Model 34(11): 3309-3320.
[12] Bayat M, Saleem M, Sahari B, Hamouda A, Mahdi E (2008) Analysis of functionally graded rotating disks with variable thickness. Mech Res Commun 35(5): 283-309.
[13] ترابی ک، افشاری ح (2018) تحلیل تنش‌های مکانیکی-حرارتی در دیسک‌های دوار با ضخامت و خواص متغیر در راستای شعاعی. نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 46-33 :(1)50.
[14] Bhowmick S, Misra D, Saha KN (2008) Approximate solution of limit angular speed for externally loaded rotating solid disk. Int J Mech Sci 50(2): 163-174.
[15] You L, Wang J, Tang B (2009) Deformations and stresses in annular disks made of functionally graded materials subjected to internal and/or external pressure. Meccanica 44(3): 283-292.
[16] Çallioğlu H, Bektaş NB, Sayer M (2011) Stress analysis of functionally graded rotating discs: analytical and numerical solutions. Acta Mech Sinica 27(6): 950-955.
[17] Peng XL, Li XF (2012) Effects of gradient on stress distribution in rotating functionally graded solid disks. J Mech Sci Technol 26(5): 1483-1492.
[18] Peng XL, Li XF (2010) Thermal stress in rotating functionally graded hollow circular disks. Compos Struct 92(8): 1896-1904.
[19] لقمان ع، اعظمی م، تورنگ ح (2016) تحلیل الکترومگنتوترمومکانیک دیسک دوار پلیمری هوشمند تقویت شده با نانولوله های کربنی چندجداره با رفتار غیرخطی. نشریه علمی مکانیک سازه­ها و شاره­ها 108-97 :(2)6.
[20] Nie G, Batra R (2010) Stress analysis and material tailoring in isotropic linear thermoelastic incompressible functionally graded rotating disks of variable thickness. Compos Struct 92(3): 720-729.
[21] Bayat M., Saleem M, Sahari B, Hamouda AMS, Mahdi E (2009) Mechanical and thermal stresses in a functionally graded rotating disk with variable thickness due to radially symmetry loads. Int J Pres Ves Pip 86(6): 357-372.
[22] Çallioğlu H. (2011) Stress analysis in a functionally graded disc under mechanical loads and a steady state temperature distribution. Sadhana 36(1): 53.
[23] Jahromi BH, Nayeb-Hashemi H, Vaziri A (2012) Elasto-plastic stresses in a functionally graded rotating disk. J Eng Mater-T ASME 134(2): 021004.
[24] Rahideh H, Malekzadeh P, Haghighi MG (2012) Heat conduction analysis of multi-layered FGMs considering the finite heat wave speed. Energ Convers Manage 55: 14-19.
[25] Akbarzadeh A, Chen Z (2013) Heat conduction in one-dimensional functionally graded media based on the dual-phase-lag theory. P I Mech Eng C-J Mec 227(4): 744-759.
[26] Ghazizadeh HR, Azimi A, Maerefat M (2012) An inverse problem to estimate relaxation parameter and order of fractionality in fractional single-phase-lag heat equation. Int J Heat Mass Tran 55(7): 2095-2101.
[27] Sutradhar A, Paulino GH, Gray L (2002) Transient heat conduction in homogeneous and non-homogeneous materials by the Laplace transform Galerkin boundary element method. Eng Anal Bound Elem 26(2): 119-132.
[28] Sutradhar A, Paulino GH (2004) The simple boundary element method for transient heat conduction in functionally graded materials. Comput Method Appl M 193(42): 4511-4539.
[29] Khosravifard A, Hematiyan M, Marin L (2011) Nonlinear transient heat conduction analysis of functionally graded materials in the presence of heat sources using an improved meshless radial point interpolation method. Appl Math Model 35(9): 4157-4174.
[30] Babaei M., Chen Z (2008) Hyperbolic heat conduction in a functionally graded hollow sphere. Int J Thermophys 29(4): 1457-1469.
[31] Babaei MH, Chen Z (2010) Transient hyperbolic heat conduction in a functionally graded hollow cylinder. J Thermophys Heat Tr 24(2): 325-330.
[32] Keles I, Conker C (2011) Transient hyperbolic heat conduction in thick-walled FGM cylinders and spheres with exponentially-varying properties. Eur J Mech A-Solid 30(3): 449-455.
[33] Arani AG, Amir S (2011) Magneto-thermo-elastic stresses and perturbation of magnetic field vector in a thin functionally graded rotating disk. J Solid Mech 3(4): 392-407.
[34] Arani AG, Loghman A, Shajari, Amir AS (2010) Semi-analytical solution of magneto-thermo-elastic stresses for functionally graded variable thickness rotating disks. J Mech Sci Technol 24(10): 2107-2118.
[35] Galic D, Horgan C (2003) The stress response of radially polarized rotating piezoelectric cylinders. J Appl Mech 70(3): 426-435.
[36] Ruhi M, Angoshtari A, Naghdabadi R (2005) Thermoelastic analysis of thick-walled finite-length cylinders of functionally graded materials. J Therm Stresses 28(4): 391-408.
[37] Loghman A, Abdollahian M, Jazi AJ, A         Arani G (2013) Semi-analytical solution for electromagnetothermoelastic creep response of functionally graded piezoelectric rotating disk. Int J Therm Sci 65: 254-266.
[38] Tzou D  (1995) A unified field approach for heat conduction from macro-to micro-scales. J Hest Transf 117(1): 8-16.
[39] Kordkheili SH, Naghdabadi R (2007) Thermoelastic analysis of a functionally graded rotating disk. Compos Struct 79(4): 508-516.
[40] Asgari M, Akhlaghi M (2010) Transient thermal stresses in two-dimensional functionally graded thick hollow cylinder with finite length. Arch Appl Mech 80(4): 353-376.
[41] Macwan SP, Hu Z, Delfanian F (2011) Experimental Verification of Model Pressurized Thick-Walled Cylinder With Numerical and Theoretical Methods. in:  ASME 2011 International Mechanical Engineering Congress and Exposition 173-178.
[42] Bayat M, Sahari B, Saleem M, Ali A, Wong S (2009) Bending analysis of a functionally graded rotating disk based on the first order shear deformation theory. Appl Math Model 33(11): 4215-4230.
[43] Reddy J, Wang C, Kitipornchai S (1999) Axisymmetric bending of functionally graded circular and annular plates. Eur J Mech A-Solid 18(2): 185-199.