تحليل اجزا محدود غيرخطي تنشهاي ترموالاستيك ديسك دوار FGM با درنظر گرفتن وابستگي خواص مواد به دما

Nonlinear Finite Element Analysis of Thermoelastic Stresses of FGM Rotating Disk Considering Temperature-Dependency of Material Properties

در اين مقاله، تحليل غيرخطي تنش هاي ترموالاستيك شعاعي و محيطي يك ديسك توپر ساخته شده از جنس مواد FGM انجام شده است. براي اين منظور، از روش اجزا محدود استفاده شده است. در روش فوق، المان هاي يك بعدي مرتبه دو (با سه نقطه گره) به كار رفته اند. شرايط مرزي هندسي و تنشي، به شكل عدم وجود فشار خارجي و در نتيجه صفر بودن تنش شعاعي در لايه بيروني ديسك، و جابه‌جايي صفر در مركز آن تعريف مي‌شود. توزيع دما، به‌صورت يك منحني درجه دوم فرض شده است. تغييرات خواص مواد، شامل مدول الاستيسيته، ضريب پواسون و ضريب انبساط خطي حرارتي، با استفاده از تابعي تواني بر حسب تغييرات شعاع ديسك و همچنين، وابستگي آن ها به دما، مدلسازي شده اند. يك مثال عددي آورده شده است كه در آن جابه‌جايي هاي شعاعي، تنش هاي ترموالاستيك شعاعي و محيطي به ازاي توان هاي مختلفي (N) از قانون تواني و سرعت هاي زاويه اي متفاوت بر حسب شعاع ديسك ارايه گرديده اند. نتايج نشان مي دهند كه با افزايش هر دو پارامتر N و سرعت زاويه اي ديسك، مقادير جابه‌جايي و تنش، افزايش مي يابند. در انتهاي مقاله، وابستگي و عدم وابستگي خواص به دما مورد بررسي قرار گرفته است.

In the present paper, nonlinear radial and hoop thermoelastic stresses analysis of a disk made of FGMs material is investigated. According to this purpose, finite element method is used. In the present method, second-order one-dimensional element (with three node points) is proposed. The geometrical and stress boundary conditions are defined in the state of non-existence of external pressure and then zero radial stress in the outer layer of the disk, and zero displacement in the center of the disk. Also the temperature distribution is assumed as linear. The material properties changes including temperature-dependency are modeled. Finally, a numerical example is proposed to show the radial displacements, radial and hoop thermoelastic stresses versus radius of the disk for different power (N) from Power-law and different angular velocities. The results show that by increasing both two parameters, N and angular velocity of the disk, the amounts of displacement and stress are increased. At last, temperature-dependency and temperature-independency of material properties is investigated.