تعيين توزيع بهينه ساختار استوانه دوار ساخته‌ شده از مواد هدفمند بر اساس تنش‌هاي گرمايي- مكانيكي

Determination of the Optimum Configuration for the FGM Rotating Cylinder Based on Thermo-mechanical Stresses

در مقاله حاضر تحليل گرمايي- مكانيكي يك استوانه دوار هدفمند مورد بررسي قرار گرفته است. بدين‌منظور نخست معادلات ديفرانسيل حاكم بر توزيع دما و جابه‌جايي براي يك استوانه هدفمند با فرض وجود شرايط كرنش صفحه‌اي و تقارن محوري گسترش يافته‌اند؛ سپس با درنظرگرفتن توزيع نمايي براي خواص فيزيكي، با استفاده از روش تحليلي ابتدا معادله ديفرانسيل حاكم بر توزيع دما حل شده و در مرحله بعد، با استفاده از توزيع دماي به‌دست‌آمده و معادله ديفرانسيل جابه‌جايي، رفتار مكانيكي استوانه تعيين شده است. سپس با استفاده از نتايج حاصله، نحوه توزيع بهينه مواد در شرايط كاري يكسان ولي با تغيير سرعت دوراني و يا تغيير فشار داخلي حاصل مي‌گردد. در نهايت، نتايج براي حالت‌هاي مختلف ارائه شده و نحوۀ توزيع مواد بهينه براي داشتن بيشترين ضريب اطمينان با استفاده از منحني‌هاي نتايج به‌ دست‌ آمده، تعيين شده‌اند.

In this paper thermo-mechanical analysis for a rotating thick cylinder made of FGM is carried out. For this purpose, governing differential equations of the temperature and displacement distribution for the FGM cylinder have been developed assuming plane strain and axial symmetry. Then, by considering an exponential function form for the material property distribution of the FGM along the cylinder thickness; and, using analytical solution method, the governing differential equations for temperature distribution have been solved. Based on the calculated temperature distribution and governing differential equations for displacement the mechanical behavior of the cylinder has been investigated. Finally, according to the stress distributions for different rotating speed and internal pressure, the safety factors have been obtained and the optimum material distribution is determined.