كمانش پوسته استوانه اي تقويتي جدار ضخيم تابعي با استفاده از تئوري مرتبه سوم برشي تحت بارهاي محوري و جانبي يكنواخت

Buckling of FGM thick-walled cylindrical shell supported using third order shear deformation theory under uniform axial and lateral loads

در اين تحقيق به بررسي كمانش مكانيكي پوسته ي استوانه اي جدار ضخيم از جنس مواد مدرج تابعي با رينگ تقويتي تحت بارهاي مجوري و جانبي يكنواخت پرداخته شده است. خواص مكانيكي پوسته در راستاي ضخامت متغيير فرض شده است. ابتدا معادلات حاكم بر كمانش پوسته استوانه اي تابعي تقويت شده با رينگ، بر اساس تئوري مرتبه سوم تغيير شكل برشي بدست آمده است. سپس، معادلات مشخصه حاكم به روش انرژي و بكار بردن تكنيك ريتز استخراج شده اند. در ادامه، با حل معادلات مشخصه، نيروي بحراني كمانش پوسته استوانه اي جدار ضخيم از جنس مدرج تابعي تقويت شده تحت بارهاي مجوري و جانبي محاسبه گرديده است. شرايط مرزي در لبه هاي دو انتهاي پوسته استوانه اي تابعي به صورت گيردار-گيردار و آزاد-آزاد در نظر گرفته شده است. به منظور حصول اطمينان از روش حل تحليلي ارائه شده، نتايج اين تحقيق با نتايج به دست آمده از نرم افزار المان محدود مقايسه قرار گرفته كه سازگاري مناسبي را نشان داده اند. در پايان، تاثير عوامل مختلفي از جمله تغييرات ضخامت، شرايط مرزي، شرايط بارگذاري و پارامترهاي هندسي پوسته و رينگ روي رفتار كمانشي پوسته استوانه اي مدرج تابعي تقويتي جدار ضخيم بررسي شده است. نتايج نشان داد كه افزايش كسر حجمي ماده مدرج تابعي در ساختار پوسته منجر به افزايش بار كمانشي مي گردد و محل نصب رينگ تقويتي تاثير قابل توجهي در بار بحراني كمانشي آن دارد. نتايج ارائه شده مي تواند به عنوان يك معيار مهم براي محققان جهت اعتبار سنجي روشهاي عددي و تحليلي استفاده شوند.

This research presents a study on mechanical buckling of thick-walled cylindrical shell made of functionally graded materials with ring supported under uniform axial and lateral loads. The mechanical properties of shell are variable along the thickness direction. First, the governing equations on the buckling of the FGM cylindrical shell supported with ring are established based on third-order shear deformation theory. Then, the governing characteristic equations were employed using energy method and by applying the Ritz technique. In the following with solving characteristic equations, the critical load buckling of the FGM thick-walled cylindrical shell supported with axial and lateral loads are calculated. The boundary conditions represented by end conditions of the FGM shell are the following: clamped-clamped and free-free. To verify the validity of the proposed analytical method the results of this research are compared with the results that came from using the finite element software. Finally, the effects of the different parameters such as thickness variations, boundary conditions, loading conditions and geometrical parameters of shell and ring on the buckling behavior of FGM thick-walled cylindrical shell are investigated. The results showed that by increasing the FGM volume fraction power in the shell structure, the critical buckling load increases and the location of the ring support has a significant effect on the critical buckling load. The results presented can be used as an important benchmark for researchers to validate their numerical and analytical methods.