SUPERVISOR
Mehdi Salmani tehrani,Mahmoud Kadkhodaei
مهدی سلمانی تهرانی (استاد راهنما) محمود کدخدایی الیادرانی (استاد مشاور)
STUDENT
Mohammad Mahdi Dastgerdi
محمدمهدی دستگردی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Analysis of Elastic-Plastic Deformation of a FG Cylinder under Internal Pressure, Considering Linear Work Hardening
With the advancement of technology, usage of materials taken on a new form. Functionally graded materials is a composite material with a gradual change in two sides has been caused many capabilities to develop new products. The use of FGMs in thick-walled tanks, can be a fundamental solution to the passage of the challenges faced by the nuclear and chemical industries. Based on my search has been among the studies about the behaviour of elastic-plastic FG materials perfectly plastlc is intended. Exact and comprehensive study to consider the effect of work hardening not been done. In addition to increasing the accuracy of the analysis with regard to the work hardening, after all cylinder Become plastic, the solution can be continued. In this thesis study Analytical and numerical of Elastic-Plastic deformation of a FG cylinder under Internal Pressure, considering linear work hardening have been investigated. The behaviour of cylinder is assumed axisymmetric. Analysis of the theory of small deformations and plane-strain is given. To generalized results and better curve fitting material properties, Dimensionless variables is used. Changes in Young's modulus, yield stress and strain hardening exponent as an exponentiation function of the radial coordinate are assumed. To describe the behaviour of the material in the plastic region, the flow rule associated with Tresca yield function is used, assuming a linear work hardening. Previous research has been categorized into three types to start yield, in the thesis yield to the five different states referenced. Yield initiation can occur from internal radius or outer radius, or inner and outer radius simultaneously, or in the interval between the inner and outer radius occur, or in particular condition, in the area between the inner and outer radius at the same time. Due to the flow rule associated with Tresca yield function, an equation of radial stress in the plastic region is achieved. Then method of extracting constants of differential equations in elastic and plastic region has been explained. Analytical solutions with the assumption of equality exponent of the Young's modulus and work hardening functions is provided. Also, strain and displacement are obtained. To evaluate and validate the analysis, results with the relationship of the homogeneous Elastic-Plastic cylinder assuming the work hardening and Elastic-Plastic FG cylinder assuming perfectly plastlc compared. Matching numerical with analytical solution has been investigated in two examples of initial and boundary value. In addition, by providing five example of different states of developed plastic zone has been studied. These include the expansion plastic from the inside, outside, middle, both inside and outside and around the area between the inner and outer radius. Finally, by expression another example, the effect of work hardening is shown in problem solving. The results show that the work hardening assumption can have a significant effect on the distribution of stresses. Finally, Programs is used in extraction yield initiation pattern and numerical solution have been brought. Keywords Functionally Graded Material, Cylinder Under Internal Pressure, Elastic-Plastic Deformation, Plasticity Associated The Tresca Criterion, Work Hardening.
: با پیشرفت دانش و فناوری استفاده از مواد سمت و سوی خاصی پذیرفته است. مواد هدفمند گروهی از مواد مرکب به شمار می آیند که با تغییر تدریجی و پیوسته مواد از یک سطح به سطح دیگر قابلیت های زیادی جهت توسعه ساخت محصولات جدید دارند. با توجه به کاربرد مخازن جداره ضخیم در صنایع مختلف مانند شیمیایی و هسته ای، استفاده از مواد هدفمند در این مخازن می تواند یک راهکار اساسی برای عبور از چالشهای فراروی این صنایع باشد. بر اساس جستجوی نگارنده تا به اکنون در میان پژوهشهای انجام شده درباره رفتار الاستیک-پلاستیک مواد هدفمند، ماده به صورت پلاستیک کامل در نظر گرفته شده است. بررسی جامع و دقیقی که اثر کارسختی را در نظر بگیرد انجام نگرفته است. علاوه بر افزایش دقت تحلیل با در نظر گرفتن فرض کارسختی، پس از پلاستیک شدن تمام استوانه، حل می تواند ادامه یابد. در پایان نامه ی حاضر، به مطالعه تحلیلی و عددی تغییر شکل الاستیک-پلاستیک استوانه ی هدفمند تحت فشار داخلی با کارسختی خطی پرداخته شده است. رفتار استوانه دارای تقارن محوری است. تحلیل در محدوده نظریهی تغییرشکلهای کوچک و با فرض کرنش-صفحهای انجام شده است.مدول الاستیسیته، استحکام تسلیم و ضریب کارسختی خطی بهصورت تابع توانی از مختصهی شعاعی فرض شدهاند. بهمنظور کلی بودن نتایج و برازش بهتر خواص مادی، متغیرها بی بعد شده اند. برای توصیف رفتار ماده در ناحیه پلاستیک، از قانون جریان وابسته به معیار تسلیم ترسکا با فرض کارسختی خطی استفاده شده است. در تحقیقات قبلی نحوه شروع تسلیم به سه نوع تقسیم بندی شده است که در پایان نامه حاضر به پنج حالت مختلف شروع تسلیم به صورت کامل اشاره شده است. شروع تسلیم می تواند از شعاع داخلی، یا شعاع خارجی، یا شعاع داخلی و خارجی به صورت همزمان، یا در بازه بین شعاع داخلی و خارجی و در حالتی خاص در تمام ناحیه بین شعاع داخلی و خارجی به صورت همزمان رخ دهد. با توجه به قانون جریان وابسته به معیار تسلیم ترسکا، معادله دیفرانسیل توزیع تنش شعاعی در ناحیه پلاستیک با فرض کارسختی بدست آمده است. در ادامه به روش استخراج ثابت های معادله های دیفرانسیل ناحیه های الاستیک و پلاستیک پرداخته شده است. در نهایت حل تحلیلی با فرض تساوی توان تابع تغییرات مدول یانگ و کارسختی ارائه شده است. همچنین روابط کرنش و جابه جایی استخراج شده است. برای ارزیابی صحت و اعتبار حل تحلیلی، نتایج با روابط حل استوانه همگن الاستیک-پلاستیک با فرض کار سختی و همچنین نتایج حل استوانه هدفمند الاستیک-پلاستیک با فرض پلاستیک کامل مقایسه شده است. تطابق حل عددی با حل تحلیلی در دو مثال مقدار اولیه و مقدار مرزی بررسی شده است. در ادامه با ارائه پنج مثال حالات گوناگون گسترش ناحیه پلاستیک مطالعه شده است. این حالات شامل گسترش ناحیه پلاستیک از داخل، خارج، میانه، همزمان از داخل و خارج و در سراسر ناحیه بین شعاع داخلی و خارجی هستند. در آخر با بیان مثال دیگری، تاثیر در نظر گرفتن کارسختی نسبت به فرض پلاستیک کامل در حل مسئله نشان داده شده است. نتایج نشان می دهد که در نظر گرفتن فرض کار سختی می تواند بر توزیع تنش ها اثر قابل توجه ای داشته باشد. در پایان برنامه های مورد استفاده در استخراج الگوی شروع تسلیم و حل عددی آورده شده است. کلمات کلیدی: 1- مواد هدفمند 2- استوانهی تحت فشار داخلی 3- تغییرشکل الاستیک-پلاستیک 4- پلاستیسیتهی وابستهی ترسکا 5- کارسختی