تحلیل ترموالاستیک غیرخطی استوانه FG با خواص تابع دما برپایه تئوری اغتشاش و روش مربعات دیفرانسیلی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 پژوهشگر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مکانیک، اصفهان، ایران

2 استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مکانیک، اصفهان، ایران

3 دانشیار، دانشگاه یاسوج، دانشکده مهندسی مکانیک، یاسوج، ایران

10.22044/jsfm.2023.13315.3758

چکیده

در این مقاله تحلیل ترموالاستیسیته غیرخطی یک استوانه جدارضخیم تحت فشار داخلی انجام شده است. خواص ماده به صورت مدرج تابعی در راستای شعاعی و تابع دما در نظر گرفته می‌شود که سبب غیر خطی شدن معادلات انتقال حرارت هدایتی در استوانه می‌شود. در این تحقیق از تئوری اغتشاش برای حل معادلات غیرخطی انتقال حرارت استوانه استفاده می‌شود. شرایط مرزی دمایی استوانه به طور کاملاً دلخواه و به صورت ترکیبی از تحریک دما و شار حرارتی در نظر گرفته شده است. با استخراج میدان دمایی در ضخامت استوانه و اعمال تاثیر آن در معادلات تعادل الاستیسیته، میدان تنش و جابجایی در استوانه بدست می‌آید. برای گسسته‌سازی معادلات تعادل الاستیسیته حاکم بر مسئله و شرایط مرزی از روش عددی مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته (GDQ) استفاده می‌شود. جهت اعتبارسنجی روش، نتایج حاصل از حل معادلات در حالت خطی با نتایج مستخرج از منابع علمی دیگر مقایسه شده است که دارای انطباق قابل قبول و همگرایی مناسب می‌باشد. پس از آن تقریب‌های مرتبه صفر، مرتبه اول و مرتبه دوم دمایی استخراج و تاثیر آن بر تغییرات خواص مکانیکی ماده وابسته به دما و نیز توزیع تنش در راستای شعاعی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش اختلاف دما مابین سطوح داخلی و خارجی استوانه و برای رسیدن به دقت مناسب برای استخراج توزیع دما، باید از ترم‌های بیشتر از سری اغتشاشی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Arefi M (2015) Nonlinear electromechanical analysis of a functionally graded square plate integrated with smart layers resting on Winkler-Pasternak foundation. Smart Struct. Syst. 16 (1): 195-211.
[2]  Arefi M, Allam M (2015) Nonlinear responses of an arbitrary FGP circular plate resting on the Winkler-Pasternak foundation. Smart Struct. Syst. 16 (1): 81-100.
[3]  Arefi M, Rahimi G (2012) Studying the nonlinear behavior of the functionally graded annular plates with piezoelectric layers as a sensor and actuator under normal pressure. Smart Struct. Syst. 9 (2):127-143.
[4]  Shahriari B, Sadeghinezhad M, Yousefi S (2019) Thermoelastic analysis of compressor spool in turbojet engine and redesign it using functionally graded materials with opti-mal coefficients. Mech. Adv. Compos. Struct. 6 (2): 167-179.
[5]  Shahriari B, Safari M (2020) Stress analysis of FGM rotating disk subjected to mechanical and thermal loads in aircraft gas turbine engine. Mech. Adv. Compos. Struct. 7 (1): 1-13.
[6] یوسفی ش، شهریاری ب، صادقی نژاد م (2020) تحلیل الاستیک درام اسپول دوار FGM کمپرسور محوری در موتور توربین گاز هوایی. دانش و فناوری هوافضا ۸ (۲): 55-66.
[7]  Zhou L, Dai J, Li Y, Dai X, Xie C, Li L, Chen L (2022) Research Progress of Steels for Nuclear Reactor Pressure Vessels. Materials 15 (24): 8761.
[8]  Liew K, Kitipornchai S, Zhang X, Lim C (2003) Analysis of the thermal stress behaviour of functionally graded hollow circular cylinders. Int. J. Solids Struct. 40 (10): 2355-2380.
[9]  Moosaie A, Panahi-Kalus H (2017) Thermal stresses in an incompressible FGM spherical shell with temperature-dependent material properties. Thin-Walled Struct. 120 :215-224.
[10] Fahmy M A (2021) A new boundary element algorithm for modeling and simulation of nonlinear thermal stresses in micropolar FGA composites with temperature-dependent properties. Adv. Model. Simul. Eng. Sci. 8 (1): 6.
[11] Najibi A, Alizadeh P, Ghazifard P (2021) Transient thermal stress analysis for a short thick hollow FGM cylinder with nonlinear temperature-dependent material properties. J. Therm. Anal. Calorim. 146 (5): 1971-1982.
[12] Dehghan M, Moosaie A, Zamani Nejad M (2022) An Approximate Thermo-Mechanical Solution of a Functionally Graded Cylinder Using Hybrid Integral Transform and Finite Element Method. J. Solid Mech. 14 (1): 17-36.
[13] Shahzamanian M, Shahrjerdi A, Sahari B, Wu P (2022) Steady-State Thermal Analysis of Functionally Graded Rotating Disks Using Finite Element and Analytical Methods. Materials 15 (16): 5548.
[14] Moosaie A (2016) A nonlinear analysis of thermal stresses in an incompressible functionally graded hollow cylinder with temperature-dependent material properties. Eur. J. Mech. A/Solids 55: 212-220.
[15] Jabbari M, Sohrabpour S, Eslami M (2002) Mechanical and thermal stresses in a functionally graded hollow cylinder due to radially symmetric loads. Int. J. Press. Vessels Pip. 79 (7): 493-497.
[16]         Yıldırım A, Yarımpabuc D, Arikan V, Eker M, Celebi K (2022) Nonlinear thermal stress analysis of functionally graded spherical pressure vessels. Int. J. Press. Vessels Pip. 200:104830.
[17] Arefi M (2013) Nonlinear thermoelastic analysis of thick-walled functionally graded piezoelectric cylinder. Acta Mech. 224 (11): 2771-2783.
[18] Arefi M, Faegh R K, Loghman A (2016) The effect of axially variable thermal and mechanical loads on the 2D thermoelastic response of FG cylindrical shell, J. Therm. Stresses 39 (12): 1539-1559.
[19] Shojaeefard M H, Najibi A (2014) Nonlinear transient heat conduction analysis for a thick hollow 2D-FGM cylinder with finite length. Arab. J. Sci. Eng. 39 (12): 9001-9014.
[20] Najibi A, Talebitooti R (2017) Nonlinear transient thermo-elastic analysis of a 2D-FGM thick hollow finite length cylinder. Compos. B. Eng. 111: 211-227.
[21] Mehrabadi S J, Aragh B S (2013) On the thermal analysis of 2-D temperature-dependent functionally graded open cylindrical shells. Compos. Struct. 96: 773-785.
[22] Hosseini S M, Akhlaghi M, Shakeri M (2007) Transient heat conduction in functionally graded thick hollow cylinders by analytical method. Heat Mass Transf. 43 (7): 669-675.
[23] Azadi M, Shariyat M (2010) Nonlinear transient transfinite element thermal analysis of thick-walled FGM cylinders with temperature-dependent material properties. Meccanica 45 (3): 305-318.
[24] Esmaeili H, Arvin H, Kiani Y (2019) Axisymmetric nonlinear rapid heating of FGM cylindrical shells. J. Therm. Stresses 42 (4): 490-505.
[25] Arefi M, Nahas I (2014) Nonlinear electro thermo elastic analysis of a thick spherical functionally graded piezoelectric shell. Compos. Struct. 118: 510-518.
[26] Arefi M, Rahimi G (2014) Application of shear deformation theory for two dimensional electro-elastic analysis of a FGP cylinder. Smart Struct. Syst. 13 (1): 1-24.
[27] Mohammadi M, Arefi M, Dimitri R, Tornabene F (2019) .Higher-order thermo-elastic analysis of FG-CNTRC cylindrical vessels surrounded by a Pasternak foundation. Nanomaterials 9 (1): 79.
[28] Rahimi G, Arefi M, Khoshgoftar M (2012) Electro elastic analysis of a pressurized thick-walled functionally graded piezoelectric cylinder using the first order shear deformation theory and energy method. Mechanics 18 (3): 292-300.