تحليل رفتار پلاستيك چرخه اي استوانه جدار ضخيم با مواد هدفمند بر اساس مدل سخت شوندگي سينماتيكي غيرخطي

Cyclic Plasticity Behavior of Thick Walled FGM Cylinder Based on Nonlinear Kinematic Hardening

تركيب مواد مختلف اغلب به منظور بهينه سازي پاسخ سازه تحت بارهاي مكانيكي و حرارتي شديد در سازه هاي پيچيده نظير مخازن استفاده مي شود. مواد تابعي يا هدفمند براي رسيدن به اين هدف در مورد مخازن تحت فشار مناسب مي باشند. از سوي ديگر اين ساختارها معمولا متحمل بارگذاري تكرار شونده منجر به تغيير شكل پلاستيك و درنتيجه پديده هاي تشديد تدريجي و تطبيق دوره نوساني مي باشند. در اين مطالعه نظريه سخت شوندگي سينماتيكي غيرخطي فردريك- آرمسترانگ به منظور بررسي رفتار بارگذاري چرخه اي براي يك سيلندر ضخيم هدفمند تحت فشار داخلي براي دو ماده هدفمند بصورت فلز-فلز و سراميك-فلز استفاده مي شود. قانون توزيع كسر حجمي، هندسه و بار مكانيكي متقارن، براي ماده مورد نظر فرض مي شود. روش المان محدود در تركيب با يك رويكرد چند لايه براي مدل كردن سازه استفاده شده است. تحليل هاي مورد نظر به روش المان محدود انجام و نتايج آن بوسيله نمودارهاي تنش-كرنش ارائه شده است. اثر تغييرات توزيع مواد بر رفتار چرخه اي نيز مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه استفاده از مواد هدفمند منجر به طراحي انعطاف پذيرتر مي شود؛ به نحوي كه گسيختگي‌ چرخه اي را مي توان با انتخاب پروفايل هاي توزيع مواد مناسب بهبود داد.

The composition of several different materials is often used in structural components in order to optimize the responses of structures subjected to severe thermal and mechanical loads. Functionally graded materials (FGMs) are suitable to achieve this purpose in the case of pressure vessels. On the other hand these structures usually sustain cyclic loadings resulting in ratcheting and shakedown behavior. In this study the nonlinear kinematic hardening theories are used to evaluate the cyclic loading behavior of a thick walled FGM Cylinder under internal pressure. The power law volume fraction distribution of materials, geometry and mechanical load are assumed to be axisymmetric. The finite element method combined with a multi-layered approach is used to model the structure by ABAQUS software. The response of structure under cyclic loadings is considered. Fredrick & Armstrong nonlinear kinematic hardening theories based on different type of back stress numbers are used to predict the ratcheting and shakedown behavior of the structure. The effects of variation of materials distribution on cyclic behavior are also studied. The achieved results show that using functionally graded material leads to a more flexible design so that cyclic rupture can be improved by selecting a suitable material distribution profiles.