مطالعه اثر شرایط تکیه‌گاهی در تحلیل تنش دینامیکی گذرای پوسته های استوانه ای جدار ضخیم تحت فشار متحرک داخلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

مطالعه حاضر، یک حل تحلیلی برای پاسخ سازه‌ای الاستودینامیک گذرای یک پوسته استوانه‌ای تحت شرایط تکیه‌گاهی مختلف ارائه می‌دهد. در مدل سازی مسأله، معادلات حرکت یک پوسته استوانه‌ای جدار ضخیم در نظر گرفته شده است؛ بنابراین اثر تغییرشکل برشی و اینرسی دورانی در پیش بینی پاسخ لحاظ شده است. فرم کلی فرمول بندی و روش حل ارائه شده بر تعداد زیادی از مسائل نظری و کاربردی قابل اعمال است. اگرچه، فرمول بندی برای بار دتونیشن گازی )تراک( در نظر گرفته شده است. فشار بارگذاری حاصل از تراک که ترکیب یک موج شوک و ناحیه واکنش است، به وسیله یک تخمین نمایی از مدل تیلور-زلدویچ بیان شده است. روش تحلیلی ارائه شده به کمک نتایج تجربی موجود در منابع صح تسنجی و با شبیه سازی‌های اجزا محدود مقایسه شده است. تحلیل‌ها و شبیه سازی‌ها برای یک لوله آزمایشگاهی تحت بارگذاری تراک داخلی برای شرایط مرزی دو سر ساده، دو سر گیردار و گیردار-آزاد انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که طیف‌های ارتعاشی پاسخ به دست آمده به شدت تحت تأثیر نوع شرایط تکیه‌گاهی است، به ویژه در انتهای لوله که تداخل بین امواج رو به جلو و امواج برگشتی قابل توجه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study on Effect of Boundary Conditions in Transient Dynamic Stress Analysis of Thick Cylindrical Shells under Internal Moving Pressure

نویسندگان [English]

  • M. Mirzaee
  • H. Ramezani
Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

This study presents a new analytic solution for transient elasto-dynamic structural response of cylindrical shells to internal moving load under different boundary conditions. The equations of motion of a thick shell are used and the effects of transverse shear and rotary inertia are considered. The general form of the presented formulations and the solution method are applicable to many theoretical and practical problems. However, the formulation is adjusted for gaseous detonation loading. The pressure history of the detonation loading, which consists of a shock wave and a reaction zone, is represented by an exponential approximation to the Taylor-Zeldovich model. The presented analytic solution is validated through comparison with the available experimental data from the literature and finite element simulations. Representative analyses are carried out for an experimental detonation tube subjected to different boundary conditions including simply-supported, clamped-clamped, and clamped-free. Results show that obtained vibrational behavior can be highly affected by the types of boundary conditions especially for locations near the end of the tube, where the interference between the forward traveling waves and the reflected waves is quite significant.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cylindrical shell
  • Transient Dynamic Loading
  • Structural Response
  • Boundary conditions
[1] S. Tang, Dynamic response of a tube under moving pressure, in: Proceedings of the American Society of Civil Engineers, Engineering Mechanics Division, 5 (1965) 97–122.
[2] H. Reismann, Response of a pre-stressed cylindrical shell to moving pressure load, in: S. Ostrach, R.H. Scanlon (Eds.), Eighth Midwest Mechanics Conference, Pergamon Press, Oxford, (1965) 349–363.
[3] T. E. Simkins, Amplification of flexural waves in gun tubes, J. Sound Vib., 172 (1994) 145–154.
[4] W. M. Beltman, J. E. Shepherd, Linear elastic response of tubes to internal detonation loading, J. Sound Vib., 252 (2002) 617–655.
[5] M. Mirzaei, K. Mazaheri, H. Biglari, Analytical modeling of the elastic response of tubes to internal detonation loading, Int. J. Press. Vessels Piping, 82(12) (2005) 883–895.
[6] M. Mirzaei, H. Biglari, M. Salavatian, Analytical and numerical modeling of the transient elasto-dynamic response of a cylindrical tube to internal detonation loading, Int. J. Press. Vessels Piping, 83(7) (2006) 531–539.
[7] M. Mirzaei, On amplification of stress waves in cylindrical tubes under internal dynamic pressures, Int. J. Mech. Sci., 50(8) (2008) 1292–1303.
[8] M. Mirzaei, Vibrational response of thin tubes to sequential moving pressures, Int. J. Mech. Sci., 59 (2012) 44–54.
[9] M. Mirzaei, M. J. Torkaman Asadi, R. Akbari, On vibrational behavior of pulse detonation engine tubes, Aerospace Science and Technology, 47 (2015) 177–190.
[10] T. W. Chao, J. E. Shepherd, comparison of fracture response of preflawed tubes under internal static and detonation loading, Journal of Pressure Vessel Technology, Transactions of the ASME, 126 (2004) 345-353.
[11] W. Soedel, Vibrations of Shells and Plates, 3rd Edition, Marcel Dekker Inc., New York, USA, 2004.
[12] M. Mirzaei, Finite element analysis of deformation and fracture of cylindrical tubes under internal moving pressures, in: D. Moratal (Ed.) Finite Element Analysis, IntechOpen, 2010.