تحلیل تنش حرارتی پوسته استوانه‌ای کامپوزیتی تقویت شده با نانو‌لوله‌های کربنی

در این مقاله، رفتار پوسته استوانه‌ای کامپوزیتی تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی تحت بار حرارتی و شرایط تکیه‌گاهی ساده، به روش تحلیلی و عددی مورد بررسی قرار گرفته‌است. میدان جابجایی خطی و بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول فرض شده‌است. برای حل معادلات از روش انرژی ریتز و نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده شده‌است. برای تعیین ویژگی‌ها و خواص مکانیکی ماده، تئوری اختلاط با پنج شکل مختلف توزیع نانولوله‌ها به کار رفته‌است. این توزیع نانولوله‌ها به شکل یکنواخت و شکل‌های v، a، x و o، با فرض توزیع یکنواخت دما و عدم وجود شار حرارتی تولیدی در پوسته در نظر گرفته‌شده‌است. در هر یک از این حالت‌ها، شرایط تکیه‌گاهی یکسان است، اما درجه حرارت، شرایط مرزی حرارتی و مقادیر توابع حجم نانولوله کربنی متفاوت است. نتایج اعتبارسنجی نشان می‌دهد که هر دو روش حل انرژی و المان محدود دارای تطابق خوبی با یکدیگر هستند. نتایج تفاوت رفتار هر یک از مدل‌های ماده توزیع نانولوله‌های کربنی و همچنین تاثیر افزایش درجه حرارت و افزایش تابع حجم نانولوله‌های کربنی بر روی گرادیان حرارت، مولفه‌های تنش و جابجایی نمایش داده شده‌است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش تابع حجم نانولوله کربنی باعث افزایش مقادیر تنش و گرادیان حرارتی شده و از طرف دیگر باعث کاهش جابجایی شده‌است.

Thermal Stress Analysis of the Carbon Nanotube Reinforced Composite Cylindrical Shells

This paper presents an analytical and computational approach for investigating the behavior of a simply supported carbon nanotubereinforced composite shell that has been exposed to temperature variations. The equations are solved using the Ritz energy method for the analytical solution and ABAQUS finite element software for numerical solution. The displacement field is the firstorder shear deformation theory, and the linear equations were solved using the rule of the mixture to determine the mechanical properties of carbon nanotubereinforced composites. A uniform distribution of temperature with no heat flux in the shell and nanotubes in five distinct shapes classified as V, A, X, and O have been considered in this study. The support conditions are the same in all cases, but the temperature, thermal boundary conditions, and carbon nanotube volume function values vary. The findings are illustrated in a detailed manner in the form of diagrams, which perfectly demonstrate the differences between both of the carbon nanotube distribution material models. Validation of the results shows great compatibility in energy solution and finite element methods. The results show that increasing the volume function of the carbon nanotubes increases the stress values and thermal gradients, and on the other hand, reduces the displacement, and by increasing the temperature the number of stress increases.