تحليل تنش حرارتي پوسته استوانه‌اي كامپوزيتي تقويت شده با نانو‌لوله‌هاي كربني

Thermal Stress Analysis of the Carbon Nanotube Reinforced Composite Cylindrical Shells

در اين مقاله، رفتار پوسته استوانه‌اي كامپوزيتي تقويت‌شده با نانولوله‌هاي كربني تحت بار حرارتي و شرايط تكيه‌گاهي ساده، به روش تحليلي و عددي مورد بررسي قرار گرفته‌است. ميدان جابجايي خطي و بر اساس تئوري تغيير شكل برشي مرتبه اول فرض شده‌است. براي حل معادلات از روش انرژي ريتز و نرم افزار المان محدود آباكوس استفاده شده‌است. براي تعيين ويژگي‌ها و خواص مكانيكي ماده، تئوري اختلاط با پنج شكل مختلف توزيع نانولوله‌ها به كار رفته‌است. اين توزيع نانولوله‌ها به شكل يكنواخت و شكل‌هاي V، A، X و O، با فرض توزيع يكنواخت دما و عدم وجود شار حرارتي توليدي در پوسته در نظر گرفته‌شده‌است. در هر يك از اين حالت‌ها، شرايط تكيه‌گاهي يكسان است، اما درجه حرارت، شرايط مرزي حرارتي و مقادير توابع حجم نانولوله كربني متفاوت است. نتايج اعتبارسنجي نشان مي‌دهد كه هر دو روش حل انرژي و المان محدود داراي تطابق خوبي با يكديگر هستند. نتايج تفاوت رفتار هر يك از مدل‌هاي ماده توزيع نانولوله‌هاي كربني و همچنين تأثير افزايش درجه حرارت و افزايش تابع حجم نانولوله‌هاي كربني بر روي گراديان حرارت، مولفه‌هاي تنش و جابجايي نمايش داده شده‌است. نتايج نشان مي‌دهد كه افزايش تابع حجم نانولوله كربني باعث افزايش مقادير تنش و گراديان حرارتي شده و از طرف ديگر باعث كاهش جابجايي شده‌است.

This paper presents an analytical and computational approach for investigating the behavior of a simply supported carbon nanotube-reinforced 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 first-order shear deformation theory, and the linear equations were solved using the rule of the mixture to determine the mechanical properties of carbon nanotube-reinforced 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.