Three-dimensional asymmetric thermo-elastic analysis of a functionally graded rotating cylindrical shell

• Autorzy: Alashti R. A. , Khorsand M. , Tarahhomi M. H.

Warianty tytułu

PL

Trójwymiarowa analiza asymetrycznie termosprężystego zagadnienia wirującej powłoki cylindrycznej wykonanej z materiału gradientowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, asymmetric deformation and stress analysis of a functionally graded hollow cylindrical shell under the effect of thermo-mechanical loads using the differential quadrature method is carried out. Without losing the generality, material properties of the cylindrical shell are assumed to be graded in the radial direction obeying a power law, while the Poisson ratio is assumed to be constant. The governing partial differential equations are Expressem in terms of displacement and thermal fields in series forms with the help of two versions of differential quadrature methods, namely the polynomial and Fourier quadrature methods. The cylindrical shell is considered under both axisymmetric and asymmetric loading conditions. Numerical results for the axisymmetric loading condition of the cylindrical Shell graded according to a power law function are obtained and compared with exact solutions which are found to be in very good agreement. Asymmetric thermo-elastic analysis of the shell rotating at a constant angular velocity is made and the effect of the grading parameter, angular velocity, temperature difference and geometry on stresses, radial displacement and temperature fields are presented.

PL

W pracy zaprezentowano analizę asymetrycznej deformacji i naprężeń w otwartej powłoce cylindrycznej wykonanej z materiału gradientowego i poddanej obciążeniom termosprężystym. Do badań wykorzystano metodę kwadratury różniczkowej. Nie tracąc na ogólności rozważań, założono, że właściwości materiału zmieniają się stopniowo w kierunku promieniowym zgodnie z przyjętym prawem potęgowym. Przyjęto ponadto, że współczynnik Poissona jest stały. Cząstkowe równania różniczkowe modelu wyrażono w funkcji przemieszczenia i pola temperatur ujętych w formie szeregów uzyskanych za pomocą dwóch wersji metody kwadratury różniczkowej, tj. kwadratury Fouriera i wielomianowej. Powłokę cylindryczną badano dla osiowo-symetrycznego i asymetrycznego stanu obciążenia. Wyniki symulacji numerycznych dla stanu osiowo-symetrycznego porównano z rozwiązaniami ścisłymi, stwierdzając bardzo dobrą zgodność. Przedstawiono także wyniki analizy termosprężystości dla przypadku asymetrycznego powłoki wirującej ze stałą prędkością kątową. Przedyskutowano ponadto wpływ wykładnika potęgowego rozkładu gradientowego właściwości materiału, wpływ prędkości wirowania, różnic temperatury i geometrii na przemieszczenia promieniowe powłoki i kształt pola cieplnego.

Słowa kluczowe

EN

functionally graded material; rotating cylindrical shell; differential quadrature; thermoelasticity

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 51 nr 1
• Strony: 143--158
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Alashti R. A.

• Babol University of Technology, Mechanical Engineering Department, Babol, Iran

autor

Khorsand M.

• Babol University of Technology, Mechanical Engineering Department, Babol, Iran

autor

Tarahhomi M. H.

• Babol University of Technology, Mechanical Engineering Department, Babol, Iran

Bibliografia

• 1. Afsar A.M., Go J., 2010, Finite element analysis of thermoelastic field in a rotating FGM circular disk, Applied Mathematical Modelling, 34, 3309-3320
• 2. Akbari Alashti R., Khorsand M., 2011, Three-dimensional thermo-elastic analysis of a functionally graded cylindrical shell with piezoelectric layers by differential quadrature method, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 88, 167-180
• 3. Arciniega R.A., Reddy J.N., 2007, Large deformation analysis of functionally graded shells, International Journal of Solids and Structures, 44, 2036-2052
• 4. Bahtui A., Eslami M.R., 2007, Coupled thermoelasticity of functionally graded cylindrical shells, Mechanics Research Communications, 34, 1-18
• 5. Bayat M., Saleem M., Sahari B.B., Hamouda A.M.S., Mahdi E., 2007, Thermo elastic analysis of a functionally graded rotating disk with small and large deflections, Thin-Walled Structures, 45, 677-691
• 6. Shu C., 2000, Differential Quadrature and its Application in Engineering, Springer-Verlag, London
• 7. Hojjati M.H., Jafari S., 2008, Semi-exact solution of elastic non-uniform thickness and den sity rotating disks by homotopy perturbation and Adomian’s decomposition methods, Part I: Elastic solution, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 85, 871-878
• 8. Jabbari M., Sohrabpour S., Eslami M.R., 2002, Mechanical and thermal stresses in a functionally graded hollow cylinder due to radially symmetric loads, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 79, 493-497
• 9. Koizumi M., 1993, The concept of FGM, [In:] Ceramic Transactions. Functionally Gradient Materials, Holt J.B., Koizumi M., Hirai T., Munir Z.A. (Editors), American Society, 34, 3-10
• 10. Matsunaga H., 2009, Stress analysis of functionally graded plates subjected to thermal and mechanical loadings, Composite Structures, 87, 344-357
• 11. Pelletier J.L., Vel S.S., 2006, An exact solution for the steady-state thermoelastic response of functionally graded orthotropic cylindrical shells, Original Research Article International Journal of Solids and Structures, 43, 1131-1158
• 12. Peng X.-L., Li X.-F., 2010, Thermal stress in rotating functionally graded hollow circular disks, Composites Structures, 92, 1896-1904
• 13. Shahzamanian M.M., Sahari B.B., Bayat M., Mustapha F., Ismarrubie Z.N., 2010, Finite element analysis of thermoelastic contact problem in functionally graded axisymmetric brake disks, Composite Structures, 92, 1591-1602
• 14. Sofiyev A.H., 2007, Thermoelastic stability of functionally graded truncated conical shells, Composite Structures, 77, 56-65
• 15. Suresh S., Mortensen A., 1998, Fundamentals of Functionally Graded Materials, Institute of Materials (IOM), Communications Limited, London
• 16. Wu L., Jiang Z., Liu J., 2005, Thermoelastic stability of functionally graded cylindrical shells, Composite Structures, 70, 60-68
• 17. Zhao X., Liew K.M., 2011, Free vibration analysis of functionally graded conical shell panels by a meshless method, Composite Structures, 93, 649-664