تعیین ضریب شدت تنش در استوانه های حاوی ترک محیطی تحت شوک حرارتی غیرکلاسیک

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد، دانشکده مکانیک، دانشگاه شاهرود

2 استادیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه شاهرود

چکیده

در این مقاله‏‌، ضریب شدت تنش برای استوانه­ای شامل، یک ترک محیطی کامل تعیین شده است که تحت شوک حرارتی غیرفوریه­ای (هذلولوی) قرار دارد. معادلات حاکم، غیرکوپل در نظر گرفته شده، ضریب شدت تنش مود I با روش تابع وزنی استخراج شده است. حل تحلیلی معادله هدایت گرمایی با روش تبدیل هنکل محدود بدست آمده با روش جداسازی متغیرها مقایسه شده است. نتایج، رفتار متفاوت ترک تحت شوک حرارتی هذلولوی، نسبت به مدل فوریه را نشان می­دهد. در ترک‌های کوتاه، ضریب شدت تنش بیشینه برای مدل‌های فوریه و هذلولوی تقریبا برابر است؛ اما در ترک‌های با طول بیشتر، ضریب شدت تنش مدل هذلولوی از مدل فوریه، به‌طور قابل ملاحظه­ای بزرگتر است؛ همچنین در مدل هذلولوی، ضریب شدت تنش بیشینه در هر لحظه قبل از رسیدن پیشانی موج به سطح خارجی برای ترکی اتفاق می­افتد که پیشانی موج تنش در موقعیت نوک آن قرار دارد.مطابق نتایج، در نظر گرفتن مدل مناسب هدایت گرمایی در طراحی سازه­ها تحت بار حرارتی گذرا، اهمیت ویژه­ای دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Tang DW, Araki N (1996) Non-Fourier heat conduction in a finite medium under periodic surface thermal disturbance. International J Heat Mass Trans 39(8): 1585-1590.

[2] Zhang MY, Cheng GJ (2011) Pulsed laser coating of hydroxyapatite/titanium nanoparticles on Ti-6Al-4V substrate: Multiphysics simulation and experiments. IEEE Trans NanoBiosci 99: 1-1.

[3] Maurer MJ, Thompson HA (1973) Non-Fourier effects at high heat flux. J. Heat Trans 95: 284-286.

[4] Cattaneo C (1958) Sur une forme de l’equation de la chaleur eliminant le paradoxe d’ine propagation instantanee. Comptes Rendus de l’ Academie des Sciences Serie IIa:Sciences de la Terre et des Planets 247: 431-433.

[5] Vernotte P (1958) Les paradoxes de la theorie continue de l’equation de la chaleu. Comptes Rendus de l’ Academie des Sciences Serie IIa:Sciences de la Terre et des Planets 246: 3154-3155.

[6] Sevostianov I, Kachanov M (2000) Anisotropic conductivities of plasma sprayed thermal barrier coatings in relation to the microstructure. J Thermal Spray Tech 9(4): 478-482.

[7] Nied HF, Erdogan F (1983) Transient thermal stress problem for a circumferentially cracked hollow cylinder. J Thermal Stresses 6: 1-14.

[8] Nied HF (1984) Thermal shock in a circumferentially cracked hollow cylinder with cladding. Eng Fract Mech 20:113-137.

[9] Zahoor A (1985) Closed form expressions for fracture mechanics analysis of cracked pipes. ASME J Press Ves Tech 107: 203-205.

[10] Miyamoto H, Kikuchi M (1986) The behavior of cracks under thermal transient loading. Eng Fract Mech 23(1): 37-60.

[11] Grebner H (1985) Finite element calculation of stress intensity factors for complete circumferential surface cracks at the outer wall of a pipe. Int J Fract 27: R99-R102.

[12] Chen YZ (2000) Stress intensity factors in a finite length cylinder with a circumferential crack. Int J Press Ves Pip 77: 439-444.

[13] Torabi M, Saedodin S (2011) Analytical and numerical solutions of hyperbolic heat conduction in cylindrical coordinates. J Thermophys Heat Transfer 25(2): 239-253.

[14] Nabavi SM, Ghajar R (2010) Analysis of thermal stress intensity factors for cracked cylinders using weight function method. Int J Eng Sci 48: 1811–1823.

[15] Meshii T, Watanabe K (1998) Closed-form stress intensity factor for an arbitrarily located inner circumferential surface crack in a cylinder subjected to axisymmetric bending loads. Eng Fract Mech 59: 589-597.

[16] Meshii T, Watanabe K (2001) Stress intensity factor for a circumferential crack in a finite-length thin to thick-walled cylinder under an arbitrary biquadratic stress distribution on the crack surfaces. Eng Fract Mech 68: 975-986.

[17] Petroski HJ, Achenbach JD (1978) Computation of the weight function from a stress intensity factor. Eng Fract Mech 10: 257-266.

[18] Ghajar R, Nabavi SM (2010) Closed-form thermal stress intensity factors for an internal circumferential crack in a thick-walleded cylinder. Fatigue Fract Eng Mater 33: 504-512.

[19] Chang DM, Wang BL (2012) Transient thermal fracture and crack growth behavior in brittle media based on non-Fourier heat conduction. Eng Fract Mech 94: 29-36.

[20] Hu KQ, Chen ZT (2012) Thermoelastic analysis of a partially insulated crack in a strip under thermal impact loading using the hyperbolic heat conduction theory. Int  J Eng Sci51: 144-160.