تحليل غيرخطي خمش پوسته استوانه‌اي كامپوزيتي تقويت شده با توزيع تابعي‌نانولوله‌هاي كربني در راستاي محيطي

Nonlinear Bending Analysis of Composite Cylindrical Shells Reinforced by Functionally Graded Carbon Nanotube in Circumferential Direction

در اين تحقيق تحليل غيرخطي خمش متقارن محوري پوسته‌هاي استوانه‌اي كامپوزيتي تقويت شده با توزيع تابعي نانولوله‌هاي كربني در راستاي محيطي مورد بررسي قرار مي‌گيرد. چهار نوع توزيع براي نانولوله‌هاي كربني در راستاي ضخامت پوسته درنظر گرفته شده است، كه شامل يك توزيع يكنواخت و سه نوع توزيع تابعي هستند. خواص كامپوزيت تقويت شده با نانولوله‌هاي كربني با استفاده از قانون اصلاح شده مخلوط‌ها تعيين شده است. معادلات حاكم براساس تئوري برشي مرتبه اول و كرنش‌هاي غيرخطي دانل استخراج شده‌اند. دستگاه معادلات غيرخطي درگير به‌دست آمده با استفاده از تركيب روش‌هاي عددي رهايي پويا و تفاضل محدود براي چيدمان‌هاي مختلفي از شرايط مرزي ساده و گيردار حل شده‌اند. براي نيل به اين هدف از برنامه كامپيوتري فرترن استفاده شده است. به‌منظور اعتبارسنجي دقت روش حاضر، نتايج حل حاضر با مقادير به‌دست آمده از نرم‌افزار اجزاء محدود آباكوس و همچنين گزارشي مشابه براي حالت همسان‌گرد يك پوسته تابعي مقايسه شده است. مطابقت خوب به‌دست آمده حاكي از صحت و دقت روش عددي به‌كار رفته است. در مطالعه پارامتري انجام شده نيز تأثير پارامترهايي نظير توزيع نانولوله‌هاي كربني، ضخامت و طول به شعاع پوسته، شرايط مرزي و تغيير كسر حجمي نانولوله‌ها بر جابه‌جايي شعاعي پوسته و منتجه‌هاي تنش و لنگر بررسي شده است. برخي از نتايج به‌دست آمده حاكي از اين است كه با افزايش كسر حجمي نانولوله‌هاي كربني براي پوسته با لبه‌هاي مرزي ساده و گيردار چيدمان O و UD به‌ترتيب بيشترين و كمترين درصد كاهش خيز را خواهند داشت.

In this study, nonlinear axisymmetric bending analysis of Functionally Graded Carbon Nanotube Reinforced Composite (FG-CNTRC) cylindrical shell is investigated. Four distribution types of carbon nanotubes along the thickness direction of shells are considered, including a uniform and three kinds of functionally graded distributions. The material properties of FG-CNTRC shells are determined according to the modified rule of mixture. The equilibrium equations are derived based on First-order Shear Deformation Shell Theory (FSDT) and nonlinear Donnell strains. The coupled nonlinear governing equations are solved by Dynamic Relaxation (DR) method combined with central finite difference technique for different combinations of simply supported and clamped boundary conditions. For this purpose, a FORTRAN computer program is provided to generate the numerical results. In order to verify the accuracy of the formulation and present method, the results are compared with those available in the literatures for ABAQUS finite element package, as well as a similar report for an isotropic function shell. The appropriate accordance of the results indicated the accuracy of employed numerical solution in the present study. Finally, a parametric study is carried out to study the effects of distribution of carbon nanotubes (CNTs), shell radius and width-to-thickness ratios, boundary conditions and volume fraction of CNTs on the deflection, stress and moment resultants in detail. The results show that with increase of CNTS volume fractions, the O and UD distributions have the most and the least decrease of deflection, respectively, in both clamped and simply supported boundary conditions.