مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

حل تحلیلی مساله ترموالاستیسیته در استوانه جدارضخیم تحت بار حرارتی گذرا

نویسندگان
1 استاد دانشکده مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی
2 دانشجوی کارشناسی ارشد/ دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
مساله ترموالاستیسیته در یک استوانه جدارضخیم همسانگرد و همگن توخالی به صورت تحلیلی و با استفاده از تبدیل هنکل و تبدیل لاپلاس شد. شرایط مرزی مکانیکی و حرارتی برای سطح داخلی و سطح خارجی استوانه به صورت وابسته به زمان در نظر گرفته شده‌اند. برای شرایط مرزی دمایی، خود دما در مرزها اعمال شده و برای شرایط مرزی مکانیکی نیز، اعمال تنش بر روی سطوح داخلی و خارجی استوانه توخالی در نظر گرفته شده‌است. توزیع دما در راستای ضخامت استوانه بدست آمده و سپس با حل معادله سازه‌ای دینامیکی، روابط به صورت حل بسته برای میدان‌های جابجایی، تنش شعاعی و تنش محیطی ارائه شده‌اند. برای بررسی یک حالت نمونه، دما با تابعیت نمایی نسبت به زمان در سطح داخلی استوانه و دمای صفر در سطح خارجی آن اعمال شده، و تنش‌های مکانیکی در سطح داخلی و خارجی استوانه صفر در نظر گرفته شده‌اند. با توجه به دینامیکی بودن مساله، پس از رسم نمودارهای تنش، موج شوک حرارتی به وضوح قابل مشاهده است. سپس با استفاده از نمودارهای رسم شده تنش، لحظه رسیدن موج اتساعی به چند موقعیت شعاعی مشخص محاسبه شده، و سپس نتایج آن با رابطه معمولی محاسبه زمان مقایسه شده‌است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Analytical solution of the thermoelasticity problem in a thick-walled cylinder subjected to transient thermal loading

نویسندگان English

Amir Reza Ahahani 1
Hamid Sharifi Torki 2
چکیده English

The thermoelasticity problem in a thick-walled isotropic and homogeneous cylinder is solved analytically using finite Hankel transform and Laplace transform. Time-dependent thermal and mechanical boundary conditions are prescribed on the inner and the outer surfaces of the hollow cylinder. For the thermal boundary conditions, the temperature itself is prescribed on the boundaries. For the mechanical boundary conditions, the tractions are prescribed on both the inner and the outer surfaces of the hollow cylinder. Obtaining the distribution of the temperature throughout the cylinder, the dynamical structural problem is solved and closed-form relations are derived for radial displacement, radial stress and hoop stress. As a case study, exponentially decaying temperature with respect to time is prescribed on the inner surface and the temperature of the outer surface is considered to be zero, where the mechanical tractions on the inner and the outer surfaces of the hollow cylinder are assumed to be zero. On solving the dynamical thermoelasticity problem, a thermal shock was observed after plotting the results. Using the obtained plots, instants of reaching dilatation wave to specific radial positions are computed and compared with those from the classical formula.

کلیدواژه‌ها English

Thermoelasticity
Thick-Walled Cylinder
Transient Loading
Hankel Transform