تحلیل رفتار ترموالاستیک گذرا در استوانة جدارضخیم ساخته شده از مواد هدفمند با ویژگیهای وابسته به دما به شیوه اجزاء محدود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول و دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیر طوسی،

2 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیر طوسی،

3 دانشجوی کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیر طوسی،

چکیده

در مقاله کنونی، تحلیل غیرخطی انتقال حرارت گذرا و تنشهای ترموالاستیک پدید آمده در یک استوانه توخالی ضخیم ساخته شده از مواد هدفمند، با در نظر گرفتن وابستگی خواص مکانیکی و حرارتی مواد به دما، به شیوه اجزاء محدود انجام پذیرفته است. در اثر دخالت دادن وابستگی ویژگیهای مواد به دما، معادلات اجزاء محدود حاکم بر هر دو تحلیل انتقال حرارت گذرا و تنشهای ترموالاستیک، غیر خطی شده­اند. در این زمینه، شرایط مرزی دمایی، هندسی و تنشی گوناگونی بررسی شده­اند. برای دستیابی به پاسخها، از الگوریتم ویژه دربرگیرنده یک روش حل عددی و انجام همزمان انتگرالگیری زمانی و حل تکرار، استفاده شده است. در پایان، نتایج بدست آمده با در نظر گرفتن و بدون در نظر گرفتن اثر وابستگی ویژگیهای مواد به دما، مقایسه شده­اند. همچنین، اثر شرایط مرزی متفاوت بر توزیع دما، تنشهای شعاعی و تنشهای محیطی بدست آمده، بررسی شده ­است. نتایج، بیانگر  اثر چشمگیر وابستگی ویژگیهای مواد به دما می­باشند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Nonlinear Transient Thermoelastic Analysis of a Thick FGM Cylinder with Temperature-Dependent Material Properties Using the Finite Element Method

نویسندگان [English]

  • Mohammad Shareyat 1
  • Davoud asgari 2
  • Mohammad Azadi 3
چکیده [English]

In the present paper, nonlinear transient heat transfer and thermoelastic analyses of a thick hollow FGM cylinder is accomplished using the finite element method and taking the temperature-dependency of the material properties into consideration. Due to incorporation of the effect of the temperature-dependency of the material properties, the resulted governing FEM equations of both transient heat transfer and thermoelastic stress analyses are nonlinear. In this regard, various thermal, geometrical, and stress boundary conditions are incorporated. An efficient numerical algorithm based on successive updating and time integration is used to derive the results. Finally, results obtained considering the temperature-dependency of the material properties are compared with those derived based on temperature independency assumption. Furthermore, influences of various boundary conditions on the temperature distribution and the radial and circumferential stresses are investigated. Results reveal that the temperature-dependency effect is significant.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermoelastic stresses
  • transient heat transfer
  • finite element method
  • FGM
  • temperature-dependency
  • Nonlinear Analysis
  • thick-walled cylinder

مراجع

[1] Noda, N.; “Thermal stresses in materials with temperature-dependent properties”, Appl. Mech. Rev., Vol. 44, pp. 83-97, 1991.
[2] Tanigawa, Y.; “Some basic thermoelastic problems for non-homogeneous structural materials”, Appl. Mech. Rev., Vol. 48, pp. 287-300, 1995.
[3] Shen, H.S.; “Thermal postbuckling behavior of functionally graded cylindrical shells with temperature-dependent properties”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 41, pp. 1961-1974, 2004.
[4] Zimmerman, R.W.; Lutz, M.P.; “Thermal stress and thermal expansion in a uniformly heated functionally graded cylinder”, J Therm Stress, Vol. 22, pp.88–177, 1999.
[5] Obata, Y.; Noda, N.; “Steady thermal stresses in a hollow circular cylinder and a hollow sphere of a functionally gradient material”, Journal of Thermal Stresses, Vol.17, pp. 471–487, 1994.
[6] Praveen, G.N.; Chin C.D.; Reddy, J.N.; “A pesedo-dynamic thermoelastic analysis of a compositionally graded ceramic-metal cylinder”, Submitted for publication in ASCE Journal of Engineering Mechanics, 2005.
[7] Liew, K.M.; Kitipornchai, S.; Zhang, X.Z.; Lim, C.W.; “Analysis of the thermal stress behavior of functionally graded hollow circular cylinders”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 40, pp. 2355–2380, 2003.
[8] Jabbari, M.; Sohrabpour, S.; Eslami M.R.; “Mechanical and thermal stresses in a functionally graded hollow cylinder due to radially symmetric loads”, Int. J Pres. Ves. Pip., Vol. 79, pp. 493–7, 2002.
[9] El-abbasi, N.; Meguid, S.A.; “Finite element modeling of the thermoelastic behavior of functionally graded plates and shells”, Int J Comput Eng Sci, pp. 151–65, 2000.
[10] Praveen, G.N.; Reddy, J.N.; “Nonlinear transient thermoelastic analysis of functionally graded ceramic-metal plates”, Int J Solids Struct, Vol. 35, pp. 4457–76, 1998.
[11] Shao, Z.S.; Wang, T.J.; “Transient thermo-mechanical stresses of functionally graded cylindrical panels”, AIAA JOURNAL, Vol. 45, No. 10, pp. 2487-2496, 2007.
[12] Shao, Z.S.; Wang, T.J.; Ang, K.K.; “Transient thermo-mechanical analysis of functionally graded hollow circular cylinders”, Journal of Thermal stresses, Vol. 30, No. 1, pp. 81-104, 2007.
[13] Touloukian, Y.S.; “Thermophysical properties of high temperature solid materials”, McMillan, New York, 1967.
[14] Bathe, K.J.; “Finite Element Procedures”, Prentice-Hall, 2007.
[15] Reddy, J.N.; “An introduction to the finite element method”, 3rd edition, McGraw-Hill Inc, 2005.
[16] Zienkiewicz, O.C.; Taylor, R.L.; “The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals”, 6th edition, Butterworth-Heinemann, 2005.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار