مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

پاسخ تحلیلی تنش و تغییر مکان در نیم فضای ناهمگن متقارن محوری تحت اثر بار متمرکز عمود بر سطح

نویسندگان
1 استادیار دانشگاه تهران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد
چکیده
در این پژوهش یک راه حل تحلیلی برای یک نیم فضای ناهمگن مدرج تابعی که در آن خصوصیات ماده بصورت تابع توانی با شعاع در مختصات کروی تغییر می‌کند و تحت اثر بار متمرکز عمود بر سطح قر ار دارد ارائه می‌گردد. مدول یانگ متغیر در نظر گرفته شده است، ولی نسبت پواسون ثابت باقی می‌ماند. مسئله با استفاده از روش الاستیسیته و این نکته کلیدی که توابع تنش با مجذور شعاع در مختصات کروی، نسبت معکوس دارد، بصورت تحلیلی حل می‌شود. معادلات دیفرانسیل حاکم شامل روابط اساسی تعادل، قانون هوک و روابط کرنش - تغییر مکان به همراه معادلات شرایط مرزی حاکم بر مسئله، بطور دقیق در مختصات کروی حل شده و میدان‌های تنش و تغییرمکان محاسبه می‌شوند. نتایج محاسبه شده می‌تواند به حل مربوط به نیم فضای همگن کاهش پیدا کند. در پایان نیز با ارائه یک مثال توزیع تنش و تغییرمکان در یک نیم فضای ناهمگن مدرج تابعی که مدول یانگ آن بصورت تابع توانی با شعاع در مختصات کروی متغیر است و تحت اثر بار متمرکز عمود بر سطح قرار دارد، با رسم نمودارهای مربوطه در مختصات کروی و استوانه‌ای مورد بررسی قرار می‌گیرد و اثر پارامتر ناهمگنی در توزیع این تنش‌ها و تغییر مکان‌ها‌ بطور کامل مورد بحث قرار می‌گیرد. مشخص می‌شود که پارامتر ناهمگنی تأثیر قابل توجهی در توزیع میدان تنش‌ و تغییرمکان‌ دارد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Analytical solution of stress and displacement in axisymmetric inhomogeneous half space under normal concentrated surface loading

نویسندگان English

Ali Asghar Ataee 1
Mohammad Bayat 2
چکیده English

In this paper, an analytical solution for stress and displacement in an inhomogeneous half space under the action of concentrated normal surface loading is investigated. The Young modulus is considered to vary with the spherical radius R in a power law form of order n, while the Poisson’s ratio is taken to be constant. The problem is solved analytically using an elasticity approach and considering a semi-inverse method in which, based on equilibrium equations on the surface of an arbitrary hemisphere in the half-space and centered at the point of application of load, some stress components are assumed to be proportional to 1/R2. It is then shown that this assumption is valid and all stress components in this axisymmetric problem are proportional to 1/R2, while displacements are proportional to 1/R(n+1). and their variation with azimuthal coordinate φ is in the form of a special function called hyper-geometric function. Illustrative examples are presented, which show variations of stresses and displacements both in R and φ directions. It is seen that the inhomogeneity parameter has a significant effect on both of these field variables.

کلیدواژه‌ها English

Half space
Axisymmetric
inhomogeneous
Concentrated loading
Analytical Solution