بررسی تنش الاستیک در یک استوانه‌ی جداره ضخیم ساخته شده از مواد خواص گرادیانی دوبعدی با مدل ماده جدید

در این مقاله تحلیل الاستیک تنش در یک استوانه‌ی جداره ضخیم با طول کوتاه و ساخته شده از مواد خواص گرادیانی دوبعدی که خواص مواد در آن بر اساس مدل موری – تاناکا ارائه شده، انجام شده است. بارهای اعمالی بر این استوانه به صورت فشار خارجی یا فشار داخلی بوده است و از روش المان محدود که المان‌های آن توابع درونیاب درجه سوم لاگرانژی دارند، برای حل مساله استفاده شده است. همچنین اعتبار سنجی مساله به کمک مقایسه با مساله‌ی ساده‌تری که تحلیل تنش به روش بدون مش پتروفگلرکین در آن صورت گرفته، انجام پذیرفته است. با توجه به نتایج، مقادیر تنش بدست آمده در اثر فشار خارجی بیشتر از مقادیر تنش در اثر فشار داخلی می‌باشد. همچنین تنش موثر نرمال در راستای خط مرکزی شعاعی بر اساس توزیع درصد حجمی فاز فلزی با تغییر nz ، تغییرات چشمگیری دارد و تنش موثر نرمال در نقطه‌ی مرکزی دیواره‌ی استوانه با افزایش مقادیر nr زیاد می شود. در پایان، بیشینه تنش موثر نرمال برای تمامی درصد حجمی‌های ممکن روی دیواره‌ی استوانه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که کمترین مقدار برای بیشینه‌ی تنش موثر نرمال در هر دو حالت فشار داخلی و خارجی مربوط به nr برابر 20 و nz برابر 1/. می‌باشد. به عبارت دیگر دیواره‌ی سیلندر ساخته شده از سرامیک دوم (سیلیکون نیتراید) دارای کمترین مقدار تنش موثر نرمال خواهد بود.

Axisymmetric Elastic stress investigation of a 2D- FGM thick hollow cylinder with new material model

In this paper elastic mechanical stress analysis for a 2D FGM thick hollow cylinder with finite length have been conducted in which the material properties distributions are following a new developed material model according to the Mori Tanaka scheme. This cylinder is subjected to internal or external nonuniform pressure loading and finite element method with third order Lagrange shape functions have been utilized to analyze the problem. Verification has been performed with a simplified study in which the results have been extracted by utilizing MLPG method. The results show that the stresses obtained from external pressure loading is higher than its counterpart stresses related to the internal pressure. Furthermore, normalized effective stresses according to the metallic volume fraction along the horizontal center line have significant change by nz variation. Also, normalized effective stresses on the center point of the cylinder wall have been increased by increasing of nr. Finally, it has been demonstrated that the minimum value of the maximum normalized effective stresses for both internal and external pressure loading are related to material distribution of nr=20 and nz=0.1. It means that the ceramic 2 (Si3N4) rich cylinder wall has the lowest value of normalized effective stress.