بررسی اثر فرکانس بار حرارتی سیکلی در توزیع تنش ترموالاستیک‌ مخزن کروی هدفمند به روش نیمه‌تحلیلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار،گروه مهندسی مکانیک،دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 کارشناس ارشد،گروه مهندسی مکانیک،دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

مواد هدفمند کامپوزیت‌هایی غیر همگن هستند که معمولاً از ترکیب فلز و سرامیک تولید می‌شوند ودارای خواص منحصر به‌فرداز جملهمقاومت بالا در مقابل تنش‌های حرارتی و مکانیکی، عدم لایه‌لایه‌شدن و تمرکز تنش پایین می‌باشند. در این تحقیق،‌ رفتار حرارتی-مکانیکی مخزن کروی ساخته شده از ماده هدفمند بررسی شده است که سطوح داخلی و خارجی آن به‌ترتیب آلومینا و آلومینیم می‌باشند و توزیع مواد از قانون توانی در راستای شعاعی تبعیت می‌کند. جداره داخلی مخزن تحت بار حرارتی متناوب و فشار ثابت می­باشد و به‌دلیل برتری روش دوهامل در بررسی مسائل با شرایط مرزی متناوب زمانمند، از ترکیب این روش و گسسته­سازی در حل مسأله استفاده شده است. نتایج حاصل با نتایج عددی بر مبنای روش اجزاء محدود مقایسه شده که تطبیق خوبی مشاهده شده است. تغییرات تنش ترمومکانیکی در مخزن مورد بررسی قرارگرفته و اثر فرکانس تغییرات دمای سیال داخل مخزن بر دامنه تنش­ها و کرنش­ها در جداره آن بررسی شده است. بر اساس نتایج، به ازای محدوده فرکانس خاصی از بار حرارتی، مقادیر دامنه تنش افزایش قابل ملاحظه­ای دارند که می­باید در طراحی مد نظر قرارگیرد. در فرکانس‌های بالاتر از این محدوده بحرانی، دامنه تنش­ها و کرنش­ها به صفر میل می­کند. علاوه بر آن نشان داده شده است که فرکانس بحرانی مخزن با افزایش ضخامت جداره کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


[1]     Bayat Y., Ghannad M., Torabi H., Analytical and numerical analysis for the FGM thick sphere under combined pressure and temperature loading, Archive of Applied Mechanics, Vol. 82, No. 2, pp. 229-242, 2012.
[2]     Jabbari M., Sohrabpour S., Eslami M., Mechanical and thermal stresses in a functionally graded hollow cylinder due to radially symmetric loads, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 79, No. 7, pp. 493-497, 2002.
[3]     M. Eslami, M. Babaei, R. Poultangari, Thermal and mechanical stresses in a functionally graded thick sphere, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 82, No. 7, pp. 522-527, 2005.
[4]     Çalloğlu H., Sayer M., Demir E., Stress analysis of functionally graded discs under mechanical and thermal loads, Indian Journal of Engineering and Materials Sciences, Vol. 18, No. 2, pp. 111-118, 2011.
[5]     Kordkheili S. H., Naghdabadi R., Thermoelastic analysis of a functionally graded rotating disk, Composite Structures, Vol. 79, No. 4, pp. 508-516, 2007.
[6]     Xiang H., Shi Z., Zhang T., Elastic analysis of heterogeneous hollow cylinders, Mechanics Research Communications, Vol. 33, No. 5, pp. 681-691, 2006.
[7]     Li X.-F., Peng X.-L., A pressurized functionally graded hollow cylinder with arbitrarily varying material properties, Journal of Elasticity, Vol. 96, No. 1, pp. 81-95, 2009.
[8]     Vakili-Tahami F., Zehsaz M., Mohammad AlizadehFard A., Multi-objective optimum design of an FG Al-SiC rotating disc with temperature dependent properties based on creep behavior, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 12, pp. 23-34, 2014 (In Persian.
[9]     Vakili-Tahami F., HassannejadQadim R., Mohammad AlizadehFard A., Raminnia M., Optimum design of functionally graded cylindrical shell with piezoelectric layer under moving load, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 8, pp. 291-300, 2015 (In Persian.
[10] Hosseini S. M., Akhlaghi M., Shakeri M., Transient heat conduction in functionally graded thick hollow cylinders by analytical method, Heat and Mass Transfer, Vol. 43, No. 7, pp. 669-675, 2007.
[11] Hosseini S. M., Akhlaghi M., Analytical solution in transient thermo‐elasticity of functionally graded thick hollow cylinders (Pseudo‐dynamic analysis), Mathematical Methods in the Applied Sciences, Vol. 32, No. 15, pp. 2019-2034, 2009.
[12] Jabbari M., Mohazzab A. H., Bahtui A., One-dimensional moving heat source in a hollow FGM cylinder, Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 131, No. 2, pp. 021202, 2009.
[13] Z. Shao, G. Ma, Thermo-mechanical stresses in functionally graded circular hollow cylinder with linearly increasing boundary temperature, Composite Structures, Vol. 83, No. 3, pp. 259-265, 2008.
[14] Ootao Y., Transient thermoelastic analysis for a multilayered hollow sphere with piecewisepower law nonhomogeneity, Composite Structures, Vol. 93, No. 7, pp. 1717-1725, 2011.
[15] Ootao Y., Ishihara M., Transient Thermal Stress Problem of a Functionally Graded Magneto-Electro-Thermoelastic Hollow Sphere, Materials, Vol. 4, No. 12, pp. 2136-2150,2011.
[16] Noda N., Ootao Y., Tanigawa Y., Transient thermoelastic analysis for a functionally graded circular disk with piecewise power law, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, Vol. 50, No. 3, pp. 831-839, 2012.
[17] Wang H., An effectiveapproach for transient thermal analysis in a functionally graded hollow cylinder, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 67, pp. 499-505, 2013.
[18] Hahn D. W., Özişik M. N., Heat Conduction Fundamentals, Heat Conduction, Third Edition, pp. 1-39, 2012.
[19] Tarn J.-Q., Exact solutions for functionally graded anisotropic cylinders subjected to thermal and mechanical loads, International Journal of Solids and Structures, Vol. 38, No. 46, pp. 8189-8206, 2001.
[20] Tutuncu N., Ozturk M., Exact solutions for stresses in functionally graded pressure vessels, Composites Part B: Engineering, Vol. 32, No. 8, pp. 683-686, 2001.
[21] Myint-U T., Debnath L., Linear partial differential equations for scientists and engineers: Springer Science & Business Media, 2007.