Thermoelastic analysis of functionally graded hollow circular disc

• Autorzy: Gönczi D. , Ecsedi I.

Identyfikatory

DOI

10.1515/meceng-2015-0001

Warianty tytułu

PL

Analiza termosprężysta wydrążonej kolistej tarczy gradientowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A thermoelastic boundary value problem of a hollow circular disc made of functionally graded materials with arbitrary gradient is analysed. The steady-state temperature distribution is assumed to be the function of the radial coordinate with prescribed temperature at the inner and outer cylindrical boundary surfaces. The material properties are assumed to be arbitrary smooth functions of the radial coordinate. A coupled system of ordinary differential equations containing the radial displacement and stress function is derived and used to get the distribution of thermal stresses and radial displacements caused by axisymmetric mechanical and thermal loads. General analytical solutions of functionally graded disc with thermal loads are not available. The results obtained by the presented numerical method are verified by an analytical solution. The considered analytical solution is valid if the material properties, except the Poisson ratio, are expressed as power functions of the radial coordinate.

PL

W artykule analizowano problem termosprężystej wartości brzegowej dla wydrążonej, kolistej tarczy gradientowej o dowolnym gradiencie materiału. Przyjęto, że rozkład temperatury w stanie ustalonym jest funkcją współrzędnej promieniowej, z założoną z góry temperaturą na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni. Założono, że właściwości materiału są dowolnymi funkcjami gładkimi współrzędnej promieniowej. Właściwości sprężyste opisano systemem zwyczajnych równań różniczkowych zawierających przemieszczenia promieniowe i funkcje naprężenia. Równania zostały wykorzystane do wyznaczenia rozkładów naprężeń termicznych i przemieszczeń promieniowych powodowanych przez osiowosymetryczne obciążenia mechaniczne i termiczne. Ogólne rozwiązania analityczne dla tarcz gradientowych poddanych obciążeniom termicznym nie są znane. Wyniki uzyskane w zaprezentowanej metodzie numerycznej zweryfikowano przez porównanie z rozwiązaniem analitycznym. Rozwiązania analityczne, rozważane przez autorów, są słuszne gdy właściwości materiałowe, z wyjątkiem współczynnika Poissona, można opisać funkcjami potęgowymi współrzędnej promieniowej.

Słowa kluczowe

EN

functionally graded material; thermal stresses; hollow circular disc

PL

materiały funkcjonalne gradientowe; naprężenia termiczne; wydrążona tarcza kolista

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. LXII, nr 1
• Strony: 5--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gönczi D.

• University of Miskolc, Institute of Applied Mechanics, Miskolc, Hungary

autor

Ecsedi I.

• University of Miskolc, Institute of Applied Mechanics, Miskolc, Hungary

Bibliografia

• [1] Abondi J., Pindera M.J., Arnold S.M.: Higher order theory for functionally graded materials. Composites Part B-Engineering, 1999, Vol. 30, pp. 777-832.
• [2] Hirai T.: Functionally Gradient Materials, Processing of Ceramics, Richard J. B. et al eds. New York, 1996.
• [3] Suresh S., Martensen A.: Fundamentals of Functionally Graded Materials. Many Materials Science, 1998.
• [4] Lekhnitskii S.G.: Theory of Elasticity of an Anisotropic Body. Mir Publishers, Moscow, 1981.
• [5] Lomakin V.A.: Theory of nonhomogeneous elastic bodies. MGU Moscow, 1976 (in Russian).
• [6] Sarkisyan V.S.: Some problems of the theory of anisotropic bodies. Izd. Erevanskovo University, Erevan, 1970 (in Russian).
• [7] Lutz M.P., Zimmerman R.W.: Thermal stresses and effective thermal expansion coefficient of a functionally graded sphere. Journal of Thermal Stress1996, Vol. 19, pp. 39-54.
• [8] Zimmerman R.W., Lutz M.P.: Thermal stresses and thermal expansion in an uniformly heated functionally graded cylinder. Journal of Thermal Stress,1999, Vol. 22, pp. 77-178.
• [9] Tanaka K., Wantanable H., Sugano Y., Porterasu V.F.: A multicriterial material tailoring of hollow in functionally gradient materials. Scheme to global reduction of thermoelastic stresses. Comp. Meth. in Appl. Mech. and Engineering, 1996, Vol. 135, pp. 369-380.
• [10] Jabari M., Sohrobpoun S., Eslami M.R.: Mechanical and Thermal Stresses in a functionally graded hollow cylinder due to radially symmetric loads, Pressure Vessels and Piping, 2002, Vol. 79, pp. 493-497.
• [11] Pen X., Li X.: Thermoelastic analysis of functionally graded annulus with arbitrary gradient, Applied Mathematics and Mechanics (English Edition), 2009, Vol. 30, pp. 1211-1220.
• [12] Carslaw H.S., Jaeger I.C.: Conduction of Heat in solids, Clarendon Press, Oxford, 1959.

Uwagi

EN

This research was supported by the European Union and the State of Hungary, co-financed by the European Social Fund in the framework of TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 ”National Excellence Program”