تحلیل تنش حرارتی پوسته استوانه‌ای کامپوزیتی تقویت شده با نانو‌لوله‌های کربنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران

2 استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، رفتار پوسته استوانه‌ای کامپوزیتی تقویت شده با نانولوله‌های کربنی تحت بار حرارتی و شرایط تکیه‌گاهی ساده، به روش تحلیلی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. میدان جابجایی خطی و بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول فرض شده است. برای حل معادلات از روش انرژی ریتز و نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده شده است. برای تعیین ویژگی‌ها و خواص مکانیکی ماده، تئوری اختلاط با پنج شکل مختلف توزیع نانولوله‌ها به کار رفته است. این توزیع نانولوله‌ها به شکل یکنواخت و شکل‌های V، A، X و O، با فرض توزیع یکنواخت دما و عدم وجود شار حرارتی تولیدی در پوسته در نظر گرفته‌شده است. در هر یک از این حالت‌ها، شرایط تکیه‌گاهی یکسان است، اما درجه حرارت، شرایط مرزی حرارتی و مقادیر توابع حجم نانولوله کربنی متفاوت است. نتایج اعتبارسنجی نشان می‌دهد که هر دو روش حل انرژی و المان محدود دارای تطابق خوبی با یکدیگر هستند. نتایج تفاوت رفتار هر یک از مدل‌های ماده توزیع نانولوله‌های کربنی و همچنین تاثیر افزایش درجه حرارت و افزایش تابع حجم نانولوله‌های کربنی بر روی گرادیان حرارت، مولفه‌های تنش و جابجایی نمایش داده شده است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش تابع حجم نانولوله کربنی باعث افزایش مقادیر تنش و گرادیان حرارتی شده و از طرف دیگر باعث کاهش جابجایی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Thermal stress analysis of the carbon nanotube reinforced composite cylindrical shells

نویسندگان [English]

  • Hamed Aminivida 1
  • Hassan Shokrollahi 2
  • Reza Beigpour 1
1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Kharazmi University, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Kharazmi University, Tehran, Iran
چکیده [English]

This paper presents an analytical and computational approach for investigating the behavior of a simply supported carbon nanotube-reinforced composite shell that has been exposed to temperature variations. The equations are solved using the Ritz energy system for the analytical solution and ABAQUS finite element software for numerical solution. The displacement field is the first-order shear deformation theory, and the linear equations were solved using the rule of mixture to determine the mechanical properties of carbon nanotube-reinforced composites. A uniform distribution of temperature with no heat flux in the shell and nanotubes in five distinct shapes classified as V, A, X, and O have been considered in this study. The support conditions are the same in all cases, but the temperature, thermal boundary conditions, and carbon nanotube volume function values vary. The findings are illustrated in a detailed manner in the form of diagrams, which perfectly demonstrate the differences between both of the carbon nanotube distribution material models. Validation of the results shows great compatibility in energy solution and finite element methods. The results show that increasing the volume function of the carbon nanotubes increases the stress values and thermal gradients, and on the other hand, reduces the displacement, and by increasing the temperature the number of stress increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cylindrical shell
  • composite
  • Carbon Nanotube
  • Thermal Stress
  • Ritz method