NUMERICAL ANALYSIS OF FIXED-ENDED MULTILAYER AND FGM ELASTIC TUBES UNDER THERMAL AND MECHANICAL LOADS
Date
2022-02-15
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
A numerical procedure is presented in this study in order to determine the elastic
behavior of multilayer and FGM cylindrical thick-walled tubes with fixed ends under
thermal and mechanical loads. In the first part of the study, using the symbolic
computation software MATHEMATICA, the expressions of temperature distribution,
stress components and radial displacement are derived for single layer tubes with
different loading and boundary conditions. Then, using the numerical solution option
of MATHEMATICA, the stress response of the fixed-ended multilayer tubes under
thermal and mechanical loads are obtained by the simultaneous solution of a series of
nonlinear equations. The validity of the numerical procedure is checked by comparing
the solutions of several multilayer and FGM tube problems given in different studies
with the solutions obtained by the proposed method. For multilayer tubes, almost
identical results are obtained, while for FGM tubes, closer results are obtained when
the numbers of the layers are increased. The proposed method is easy to be
implemented and can be used especially for axisymmetric FGM tube, shaft, and disk
problems where the analytical solutions cannot be obtained.
Description
ISIL VE MEKANİK YÜKLER ALTINDAKİ ÇOK KATMANLI VE
FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMİŞ MALZEMEDEN YAPILMIŞ
ELASTİK TÜPLERİN SAYISAL ANALİZİ
ÖZ: Uçları sabitlenmiş çok katmanlı ve fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden yapılmış kalın silindirik tüplerin ısıl ve mekanik yükler altındaki elastik davranışlarını belirlemek için sayısal bir yöntem geliştirilmiştir. Çalışmanın ilk kısmında MATHEMATICA sembolik yazılım programı kullanılarak tek katmanlı tüplere ait sıcaklık dağılımı, gerilme ve radyal yönde yer değiştirme ifadeleri farklı yükleme ve sınır koşulları için elde edilmiştir. Daha sonra MATHEMATICA programının sayısal denklem çözüm opsiyonu kullanılarak, çok katmanlı tüplerin ısıl ve mekanik yükler altındaki davranışı bir dizi lineer olmayan denklemin çözümüyle elde edilmiştir. Sayısal yöntemin doğruluğunu kontrol etmek amacıyla çeşitli çalışmalarda yer alan çok katmanlı ve fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden yapılmış tüp problemleri ele alınmıştır. Çok katmanlı tüplerde neredeyse aynı sonuçlar bulunurken, fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden yapılmış tüp problemlerinde katman sayısının artırılması ile daha yakın sonuçlar elde edildiği görülmüştür. Kolay kullanımının yanı sıra, önerilen yöntem ile özellikle analitik çözümü bulunmayan eksenel simetriye sahip fonksiyonel derecelendirilmiş tüp, şaft ve disk problemlerinin sayısal çözümlerinin bulunabileceği düşünülmektedir.
ÖZ: Uçları sabitlenmiş çok katmanlı ve fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden yapılmış kalın silindirik tüplerin ısıl ve mekanik yükler altındaki elastik davranışlarını belirlemek için sayısal bir yöntem geliştirilmiştir. Çalışmanın ilk kısmında MATHEMATICA sembolik yazılım programı kullanılarak tek katmanlı tüplere ait sıcaklık dağılımı, gerilme ve radyal yönde yer değiştirme ifadeleri farklı yükleme ve sınır koşulları için elde edilmiştir. Daha sonra MATHEMATICA programının sayısal denklem çözüm opsiyonu kullanılarak, çok katmanlı tüplerin ısıl ve mekanik yükler altındaki davranışı bir dizi lineer olmayan denklemin çözümüyle elde edilmiştir. Sayısal yöntemin doğruluğunu kontrol etmek amacıyla çeşitli çalışmalarda yer alan çok katmanlı ve fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden yapılmış tüp problemleri ele alınmıştır. Çok katmanlı tüplerde neredeyse aynı sonuçlar bulunurken, fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden yapılmış tüp problemlerinde katman sayısının artırılması ile daha yakın sonuçlar elde edildiği görülmüştür. Kolay kullanımının yanı sıra, önerilen yöntem ile özellikle analitik çözümü bulunmayan eksenel simetriye sahip fonksiyonel derecelendirilmiş tüp, şaft ve disk problemlerinin sayısal çözümlerinin bulunabileceği düşünülmektedir.
Keywords
civil engineering