تحليل آستانه تسليم ديسك ضخامت متغير دوار ساخته شده از مواد هدفمند در موتور توربين گاز هوايي

Onset Yield Analysis of Rotating Variable Thickness Disk Made of Functionally Graded Materials in Engine of Aero Gas Turbine

مقاله حاضر به مطالعه تحليلي آستانه تسليم در يك ديسك ضخامت متغير دوار ساخته شده از مواد هدفمند (FGM) براساس معيار ترسكا مي پردازد. تحليل بر پايه نظريه تغيير شكل هاي كوچك و براي حالت تنش صفحه اي انجام شده است. مدول الاستيسيته، چگالي و تنش تسليم به صورت تابع هاي تواني از مختصه شعاعي فرض شده اند. ضريب پواسون به علت تغييرات كم در مواد مختلف ثابت در نظر گرفته شده است. همچنين معادله حاكم بر ديسك دوار به صورت تحليلي حل شده است. علاوه بر نوع ماده، عامل ديگري كه در توزيع ميدآنهاي تنش موثر است شكل مقطع عرضي (پروفيل) ديسك است. ضخامت مقطع عرضي ديسك، به صورت تابع تواني در جهت شعاعي تغيير مي كند. در تحليل حاضر حالت هاي مختلفي براي آغاز تسليم و روند گسترش جريان پلاستيك در نظر گرفته شده است. براي ارزيابي و اعتبار سنجي، نتايج حاصل از تحقيق با نتايج مشابه مربوط به حالت هاي خاص (ديسك همگن و ديسك هدفمند ضخامت ثابت) كه در مراجع پيشين موجود هستند، مقايسه و اعتبار نتايج نشان داده شده است. نتايج نشان مي دهد در نظر گرفتن ضخامت متغير براي مقطع ديسك، اثر قابل توجهي روي تنش ها و پيش بيني مكان شروع تسليم دارد.

The present study is an attempt to analyze the yield threshold in a rotating variable-thickness disk made of functionally graded material (FGM) based on the Tresca yield criterion. The analysis was performed based on the small deformation theory and for the plane stress state. The modulus of elasticity, density and yield stress were assumed to be a power function of the radial coordinate. The Poisson’s ratio due to slight variations in engineering materials is assumed constant, and the equilibrium equation governing the rotating disk was solved analytically. In addition to the type of material, the disk cross section profile can affect the distribution of stress fields. The thickness of the disk cross-section varies in the radial direction by a power function. In the present analysis, various states are considered for onset yield and commencement of plastic flow. For evaluation and validation, the results of the study are compared to similar results related to specific states (homogeneous and functionally graded constant-thickness disk) investigated in previous references. The results show that considering variable thickness for disk section has a significant effect on the stress level and the prediction of onset yield point.