تحلیل رفتار پلاستیک چرخه ای استوانه جدار ضخیم با مواد هدفمند بر اساس مدل سخت شوندگی سینماتیکی غیرخطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 کارشناسی ارشد ، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

ترکیب مواد مختلف اغلب به منظور بهینه سازی پاسخ سازه تحت بارهای مکانیکی و حرارتی شدید در سازه های پیچیده نظیر مخازن استفاده می شود. مواد تابعی یا هدفمند برای رسیدن به این هدف در مورد مخازن تحت فشار مناسب می باشند. از سوی دیگر این ساختارها معمولا متحمل بارگذاری تکرار شونده منجر به تغییر شکل پلاستیک و درنتیجه پدیده های تشدید تدریجی و تطبیق دوره نوسانی می باشند. در این مطالعه نظریه سخت شوندگی سینماتیکی غیرخطی فردریک- آرمسترانگ به منظور بررسی رفتار بارگذاری چرخه ای برای یک سیلندر ضخیم هدفمند تحت فشار داخلی برای دو ماده هدفمند بصورت فلز-فلز و سرامیک-فلز استفاده می شود. قانون توزیع کسر حجمی، هندسه و بار مکانیکی متقارن، برای ماده مورد نظر فرض می شود. روش المان محدود در ترکیب با یک رویکرد چند لایه برای مدل کردن سازه استفاده شده است. تحلیل های مورد نظر به روش المان محدود انجام و نتایج آن بوسیله نمودارهای تنش-کرنش ارائه شده است. اثر تغییرات توزیع مواد بر رفتار چرخه ای نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از مواد  هدفمند منجر به طراحی انعطاف پذیرتر می شود؛ به نحوی که گسیختگی‌ چرخه ای را می توان با انتخاب پروفایلهای توزیع مواد مناسب بهبود داد.

کلیدواژه‌ها


[1] KoizumiM., The concept of FGM Ceramic Transaction. Functionally Graded Materials, Vol. 34, pp. 3-10, 1993.
[2] Lutz M.P. and Zimmerman R.W., Thermal stress and effective thermal expansion coefficient of a functionally graded sphere, International Journal of Thermal Stress ,Vol. 19, No.1, pp. 39-54, 1996.
[3] Zimmerman R.W. and Lutz M.P., Thermal stress and effective thermal expansion in a uniformly heated functionally grade cylinder, International Journal of Thermal Stress, Vol. 22, No.2, pp. 177-188, 1999.
[4] Jabbari M., Sohrabpour S. and Eslami M.R., Mechanical and thermal stresses in functionally graded hollow cylinder due to radially symmetric loads, International  Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol.79, No.7, pp. 493–497, 2002.
[5] Jabbari M., Sohrabpour S. and Eslami M.R., General solution for mechanical and thermal stresses in a functionally graded hollow cylinder due to non-axisymmetric steady-state loads, International Journal of Applied Mechanics , Vol. 70, No.1, pp. 111–118, 2003.
[6] Ghannad M. and Gharooni H., Displacements and Stresses in rotating  FGM pressurized thick hollow cylinder with exponentially varying properties based on FSDT, Technical Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 16, No.3, pp. 1790-1799, 2013.
[7] Maciejewski G. and Mroz Z., Optimization of Functionally Gradient Materials under Cyclic Thermal and Mechanical Loading, Numerical Heat Transfer Conference, 4–6 September 2012, Gliwice–Wroclaw, Poland.
[8] Asgari M. and Akhlaghi M., Thermo-Mechanical Analysis of 2D- FGM Thick Hollow Cylinder using Graded Finite Elements, Advances In Structural Engineering, ,Vol. 14, No. 6, 2011.
[9] Abudi J. and Pindere M.J., Thermo-elastic Theory For The Response Of Materials Functionally Graded In Two Directions, International Journal of Solids and Structures, Vol. 33, No. 7,pp. 931–966, 1996.
[10] Mahbadi M. and Eslami M.R., Cyclic Loading Of Thick Vessels Based On The Prager And Armstrong–Frederick Kinematic Hardening Models, International  Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 83, pp. 409-419, 2006.
[11] Asgari M., Akhlaghi M., Free Vibration Analysis of 2D-FGM Thick Hollow Cylinder Based on Three Dimensional Elasticity Equations, European Journal of Mechanics A/Solids, 30, pp.72-81, 2011.
[12] Armstrong P.J., Frederick C.O., A mathematical representation of the multiaxial Bauschinger effect, C.E.G.B. Report RD/B/N731, Berkeley Nuclear Laboratories, Berkeley, UK, 1966.
[13] Chaboche J.L., Constitutive equations for cyclic plasticity and cyclic viscoplasticity, Int. J. Plast., 5, pp. 247–302, 1989.
[14] Mendelson A., Plasticity: Theory and applications, The Macmillan Company, New York., 1968.
[15] Vakili-Thahami F., Zehsaz M. and Saeimi-Sadigh M.A.: The Effect of Ceramic Volume Fraction On The ‎Shakedown Threshold Pressure of  FGM Spheres, U.P.B. Sci. Bull. Series D, Vol. 75, Iss. 3, pp. 121-130, 2013‎.‎
[16] Ahmadi I., Khamedi R., Analysis of Cyclic Elastic-Plastic Loading of Shaft Based On Kinematic Hardening Mode, International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial and Mechatronics Engineerin Issue Vol. 10, No. 1, PP.1066-24, 2014.