مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ضریب شدت تنش برای ترک نیم‌بیضوی طولی در یک استوانه جدار ضخیم تحت بارگذاری حرارتی هذلولوی

نویسندگان
دانشگاه شاهرود
چکیده
در این مقاله، ضریب شدت تنش برای یک ترک نیم‌بیضوی طولی در سطح داخلی یک استوانه جدار ضخیم به‌صورت تحلیلی و عددی تعیین شده است. استوانه به قدر کافی بلند در نظر گرفته شده است و تحت شوک حرارتی غیرفوریه‌ای (هذلولوی) سرمایشی در سطح داخلی به‌طور متقارن محوری قرار دارد. معادلات ترموالاستیسیته حاکم به‌صورت غیرکوپل حل شده‌اند. جواب تحلیلی معادله هدایت گرمایی پس از بی‌بعد سازی با روش جداسازی متغیرها استخراج می‌شود. ضریب شدت تنش برای عمق و گوشه‌های ترک با استفاده از روش تابع وزنی به‌دست می‌آید. نتایج رفتار متفاوت ترک تحت شوک حرارتی هذلولوی نسبت به مدل فوریه را نشان می‌دهد. در زمانهای ابتدایی اعمال شوک حرارتی، ضریب شدت تنش در عمق ترک به‌خصوص برای ترکهای با عمق نسبی کمتر در مدل هذلولوی بطور قابل ملاحظه‌ای بزرگتر از مدل فوریه‌ است. ضریب شدت تنش عمق ترک برای دو مدل در ترکهای نازک‌تر مفدار بیشتری است. در گوشه ترک نیز ضریب شدت تنش برای مدل هذلولوی همیشه بزرگتر از مدل فوریه است. برخلاف بارگذاری مکانیکی، حداکثر ضریب شدت تنش ممکن است در گوشه ترک اتفاق بیفتد. مطابق نتایج، در نظر گرفتن مدل مناسب هدایت گرمایی در طراحی سازه‌ها تحت بارحرارتی گذرا اهمیت ویژه‌ای دارد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Stress intensity factor for a longitudinal semi-elliptical crack in a thick-walled cylinder under hyperbolic thermal loading

نویسندگان English

Mohammad Bagher Nazari
Omid Asemi
چکیده English

In this paper, the stress intensity factor for a longitudinal semi-elliptical crack in the internal surface of a thick-walled cylinder is derived analytically and numerically. The cylinder is assumed enough long and subjected to the axisymmetric cooling thermal shock on the internal surface. The uncoupled thermoelasticity governing equations for an uncracked cylinder are solved analytically. The non-dimensional hyperbolic heat equation is solved using separation of variables method. The weight function method is implemented to obtain the stress intensity factor for the deepest and surface points of the crack. Results show the different behavior of the crack under hyperbolic thermal shock. At a short time after the thermal shock, the stress intensity factor at the deepest point –especially for shallow cracks- for hyperbolic model is significantly greater than Fourier one. The stress intensity factor at the deepest point is greater as the crack is narrower for both models. Unlike mechanical loading, the greatest stress intensity factor may occur at the surface point. According to the results, assumption of adequate heat conduction model for structure design under transient thermal loading is critical.

کلیدواژه‌ها English

Semi-elliptical crack
Stress Intensity Factor
hyperbolic heat conduction
Thick-Walled Cylinder
Weight function method