تحليل ترموالاستيك استوانه‌هاي‌‌ نانو‌كامپوزيتي مدرج تابعي تقويت شده با نانولوله‌‌هاي - كربني به روش بدون المان

Thermo-elastic analysis of functionally graded nanocomposite cylinders reinforced by carbon nanotube by a mesh-free method

در پژوهش حاضر، تحليل ترموالاستيك استوانه‌هاي توخالي نانوكامپوزيتي مدرج تابعي، تقويت شده با نانولوله‌هاي كربني تك‌جداره، تحت بارگذاري حرارتي، به روش بدون المان، انجام شده است. استوانه در شرايط تكيه گاهي ساده– ساده فرض شده و توزيع خواص مادي در راستاي شعاع استوانه، به صورت يك الگوي يكنواخت و سه الگوي مدرج تابعي در نظر گرفته شده است. خواص مكانيكي نانوكامپوزيت تقويت شده با نانولوله‌هاي‌ كربني، با استفاده از مدل ميكرومكانيكي اختلاط تعميم يافته، تخمين زده شده است. معادله‌هاي حاكم با استفاده از اصل كار مجازي بدست آمده و با استفاده از روش بدون المان گسسته سازي و حل شده است. در اين روش بدون المان، ضرايب شكل حداقل مربعات متحرك، جهت تقريب ميدان جابه‌جايي، به كار رفته است. شرايط مرزي اساسي، با استفاده از روش تبديل، اعمال گرديده است. توزيع دمايي در پنل، با حل معادلات حرارت به روش عددي تفاضل محدود، محاسبه شده است. جهت سنجش اعتبار اين پژوهش، نتايج حاصله از اين پژوهش، با نتايج تحقيقات منتشر شده قبلي، مقايسه شده است و انطباق خوب نتايج ديده مي‌شود. سپس تاثير پارامتر‌هاي مختلف همانند الگوي پخش و مقدار درصد حجمي نانولوله‌هاي كربني و پارامتر هندسي نسبت ارتفاع به شعاع داخلي، بر مولفه‌هاي تنش، مورد بررسي قرار گرفته است.

In this paper, thermo-elastic analysis of functionally graded nanocomposite hollow cylinders reinforced by single walled carbon nanotube (SWCNT) subjected to a thermal load was carried out by a mesh-free method. It is assumed that the functionally graded nanocomposite hollow cylinder reinforced by carbon nanotube with finite length is simply supported. A One uniform and three kinds of functionally graded (FG) distributions of carbon nanotubes in the radial direction of cylinder are considered. Nanocomposite mechanical properties are estimated by micro mechanical generalized rule mixture model. Applying the virtual work principle, the governing equations are obtained and are discretized by the mesh-free method. In the mesh-free analysis, moving least squares (MLSs) shape functions are used for approximation of displacement field. The transformation method was used for the imposition of essential boundary conditions. Using finite difference method, temperature distribution was obtained by solving the thermal equation. To validate, the results of this analysis were compared with previous published works and a good agreement was seen between them. Then the effects of various parameters, such as the kind of distribution and the volume fractions of carbon nanotubes and the different geometrical parameter on the components of stress are studied.