نویسنده

گروه مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مشهد

چکیده

در این تحقیق تحلیل غیرخطی خمش متقارن محوری پوسته‌های استوانه‌ای کامپوزیتی تقویت شده با توزیع تابعی نانولوله‌های کربنی در راستای محیطی مورد بررسی قرار می‌گیرد. چهار نوع توزیع برای نانولوله‌های کربنی در راستای ضخامت پوسته درنظر گرفته شده است، که شامل یک توزیع یکنواخت و سه نوع توزیع تابعی هستند. خواص کامپوزیت تقویت شده با نانولوله‌های کربنی با استفاده از قانون اصلاح شده مخلوط‌ها تعیین شده است. معادلات حاکم براساس تئوری برشی مرتبه اول و کرنش‌های غیرخطی دانل استخراج شده‌اند. دستگاه معادلات غیرخطی درگیر به‌دست آمده با استفاده از ترکیب روش‌های عددی رهایی پویا و تفاضل محدود برای چیدمان‌های مختلفی از شرایط مرزی ساده و گیردار حل شده‌اند. برای نیل به این هدف از برنامه کامپیوتری فرترن استفاده شده است. به‌منظور اعتبارسنجی دقت روش حاضر، نتایج حل حاضر با مقادیر به‌دست آمده از نرم‌افزار اجزاء محدود آباکوس و همچنین گزارشی مشابه برای حالت همسان‌گرد یک پوسته تابعی مقایسه شده است. مطابقت خوب به‌دست آمده حاکی از صحت و دقت روش عددی به‌کار رفته است. در مطالعه پارامتری انجام شده نیز تأثیر پارامترهایی نظیر توزیع نانولوله‌های کربنی، ضخامت و طول به شعاع پوسته، شرایط مرزی و تغییر کسر حجمی نانولوله‌ها بر جابه‌جایی شعاعی پوسته و منتجه‌های تنش و لنگر بررسی شده است. برخی از نتایج به‌دست آمده حاکی از این است که با افزایش کسر حجمی نانولوله‌های کربنی برای پوسته با لبه‌های مرزی ساده و گیردار چیدمان O و UD به‌ترتیب بیشترین و کمترین درصد کاهش خیز را خواهند داشت.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Nonlinear Bending Analysis of Composite Cylindrical Shells Reinforced by Functionally Graded Carbon Nanotube in Circumferential Direction

نویسنده [English]

  • M. E. Golmakani

چکیده [English]

In this study, nonlinear axisymmetric bending analysis of Functionally Graded Carbon Nanotube Reinforced Composite (FG-CNTRC) cylindrical shell is investigated. Four distribution types of carbon nanotubes along the thickness direction of shells are considered, including a uniform and three kinds of functionally graded distributions. The material properties of FG-CNTRC shells are determined according to the modified rule of mixture. The equilibrium equations are derived based on First-order Shear Deformation Shell Theory (FSDT) and nonlinear Donnell strains. The coupled nonlinear governing equations are solved by Dynamic Relaxation (DR) method combined with central finite difference technique for different combinations of simply supported and clamped boundary conditions. For this purpose, a FORTRAN computer program is provided to generate the numerical results. In order to verify the accuracy of the formulation and present method, the results are compared with those available in the literatures for ABAQUS finite element package, as well as a similar report for an isotropic function shell. The appropriate accordance of the results indicated the accuracy of employed numerical solution in the present study. Finally, a parametric study is carried out to study the effects of distribution of carbon nanotubes (CNTs), shell radius and width-to-thickness ratios, boundary conditions and volume fraction of CNTs on the deflection, stress and moment resultants in detail. The results show that with increase of CNTS volume fractions, the O and UD distributions have the most and the least decrease of deflection, respectively, in both clamped and simply supported boundary conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nano-composite shell
  • carbon nanotubes
  • Nonlinear bending
  • Dynamic relaxation
1. Thostenson, E. T., Ren, Z. H., and Chou, T.W., “Advances in the Science and Technology of Carbon Nanotubes and Their Composites: A Review”, Composites Science and Technology, Vol. 16, No. 13, pp. 1899-1912, 2001.
2. Dseldel, G. D., and Agodas, G. D. C., “Micromechanical Analysis of the Effective Elastic Properties of Carbon Nanotube Reinforced Composites, Mechanics of Material, Vol .38, pp. 884-907, 2006.
3. Han, Y., and Elliott, J., “Molecular Dynamics Simulations of the Elastic Properties of Polymer/Carbon Nanotube Composites”, Computation Materials Science, Vol. 39, pp. 315-323, 2007.
4. Fidelus, J. D., Wiesel, E., Gojny, F. H., Schulte, K., and Wagner, H. D., “Thermo-Mechanical Properties of Randomly Oriented Carbon/Epoxy Nanocomposites”, Composites: Part A, Vol. 36, pp. 1555-1561, 2005.
5. Bower, C., Rosen, R., and Jin, L., “Deformation of Carbon Nanotubes in Nanotube-Polymer Composites”, Physics Letters, Vol. 74, No. 22, 1999.
6. Vodenitcharova, T., and Zhang, C., “Bending and Local Buckling of Nano-Composite Beam Reinforced by a Single-Walled Carbon Nanotube”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 43, pp. 3006-3024, 2006.
7. Shen, H. S., “Postbuckling of Nanotube-Reinforced Composite Cylindrical Shells in Thermal Environments, Part I: Axially-Loaded Shells”, Composite Structures, Vol. 93, pp. 2096-2108, 2011.
8. Shen, H. S., “Nonlinear Bending of Functionally Graded Carbon Nanotube Reinforced Composite Plates in Thermal Environments”, Composite Structures, Vol. 91, pp. 9-19, 2009.
9. Sobhani Aragh, B., Barati, N., and Hedayati, H., “Eshelby-Mori Tanaka Approach for Vibrational Behavior of Continuously Graded Carbon Nanoube Reinforced Cylindrical Panels”, Composites: part B, Vol. 43, pp. 1943-1954, 2012.
10. Ghorbanpour Arani, A., Mozdianfar, M. R., Sadooghi, V., Mohammadimehr, M., and Kolahchi, R., “Magneto-Thermo-Tlastic Behavior of Cylinder Reinforced with FG-SWCNTs under Transient Thermal Field”, Journal of Solid Mechanics, Vol. 3, No. 1, pp. 9-18, 2011.
11. Ping, Z., Lei, Z. N., and Liew, K. M., “Static and Free Vibration Analyses of Carbon Nanotube-Reinforced Composite Plates using Finite Element Method with First order Shear Deformation Plate Theory”, Composite Structures, Vol. 94, pp. 1450-1460, 2011.
12. Wang, Z. X., and Hui shen, Sh., “Nonlinear Dynamic Response of Nanotube-Reinforced Composite Plates Resting on Elastic Foundations Thermal Environment”, Nonlinear Dynamics, Vol. 32, pp. 123-132, 2012.
13. Alibeigloo, A., and Liew, K. M., “Thermoelastic Analysis of Functionally Graded Carbon Nanotube-Reinforced Composite Plate using Theory of Elasticity”, Composite Structures, Vol. 106, pp. 873-881, 2013.
14. Dastjerdi, M., Foroutan, M. R., and Pourasghar, M. A., “Dynamic Analysis of Functionally Graded Nanocomposite Cylinders Reinforced by a Mesh-Free Method”, Material and Design, Vol. 44, pp. 258-266, 2013.
15. Aragh, B. S., and Hedayati, H., “Eshelby-Mori-Tanaka Approach for Vibrational Behavior of Continuously Graded Carbon Nanotube Reinforced Cylindrical Panels”, Composites: part B, Vol. 43, pp. 1943-54, 2012.
16. Obrush, D., and Almorth, B. O, Buckling of Bars Plates and Shells, New York, McGraw-Hill, 1975.
17. Dai, H. L., and Dai, T., “Analysis for the Thermoelastic Bending of a Functionally Graded Material Cylindrical Shell”, Meccanica, Vol. 49, pp. 1069-1081, 2013.
18. Golmakani, M. E., and Kadkhodayan, M., “Large Deflection Analysis of Circular and Annular FGM Plates under Thermo-Mechanical Loading with Temperature-Dependent Properties, Composites: Part B, Vol. 42, pp. 614-625, 2011

تحت نظارت وف ایرانی