طراحی بهینه‏ سازه سیلندر چند لایه با انطباق پرسی دوار تحت بار فشار داخلی

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 کارشناس ارشد، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

هدف این پژوهش، بهینه‌سازی حجم یک سیلندر سه‏لایه دوار، تحت فشار داخلی و بار گریز از مرکز ناشی از چرخش سیلندر است که در طراحی درام دوار کمپرسور موتورهای توربینی کاربرد دارد. در سیلندرهای جدار ضخیم دوار تحت فشار داخلی، تنش محیطی بیشینه در شعاع داخلی سیلندر به وجود می‏آید. با چند لایه کردن سیلندر و پرسی جا زدن لایه‏ ها درون یکدیگر می‏توان تنش محیطی ایجاد شده در سیلندر را کاهش داد. با اعمال پیش‌بار ناشی از انطباق پرسی، تنش محیطی کاسته شده و سبب می‌شود که از ظرفیت شعاع‌های بیرونی سیلندر جهت مقاومت در برابر تنش استفاده گردد. در این تحقیق ابتدا معادلات تنش یک سیلندر سه لایه فولادی تحت فشار داخلی و در حال چرخش، به روش جمع آثار استخراج می‌شود. سپس یک راه حل بهینه‌سازی شمارشی به منظور کمینه کردن حجم سیلندر ارائه می‌گردد. نتایج نشان می‏دهد که تنش محیطی حاصل از برنامه بهینه‏سازی 39 درصد کمتر از تنش محیطی در یک سیلندر یک‏تکه با شرایط یکسان است. برای اعتبارسنجی نتایج تحلیلی، مسئله در نرم‌افزار اجز‌‌‌‌‏ا‏ ‎‌‌محدود آباکوس شبیه‌سازی گردید. نتایج حاکی از اختلاف 1/3 درصد در تنش محیطی بیشینه به دست آمده می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Nadai, A., Theory of flow and fracture of solids, V. 2, McGraw-Hill, New-York, (1963).
 
[2] Sechler, Ernest Edwin, Elasticity in engineering, Dover Publications, (1952).
 
[3] Landau, L., Lhitz, L., Theory of elasticity, Pergamon Press, New-York, (1964).
 
[4] Timoshenko, S., Goodier, J. N., Theory of Elasticity, McGraw-Hill, New York, (1970).
 
[5] Volterra, E., Gaines, J. H., Advanced strength of materials, Prentice-Hall, (1971).
 
[6] Boresi, Arthur P., Chong, K., Lee, J. D., Elasticity in engineering mechanics, John Wiley & Sons, (2010).
 
[7] Love, Augustus Edward Hough, A treatise on the mathematical theory of elasticity, Cambridge university press, (2013).
 
[8] Haerle, H., The strength of rotating discs, Engineering 106, pp.131-134, (1918).
 
[9] Majzoobi, G. H., Ghomi A., Optimization of compound pressure cylinders, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 15, No.(1-2), pp. 135-145, (2006.(
 
[10] Shi,  Z., Zhang, T., Xiang, H., Exact solutions of heterogeneous elastic hollow cylinders, Composite Structures, Vol. 79, pp. 140-147, (2007).
 
[11] Zhang, Q., Wang, Z. W., Tang, C. Y., Hu, D. P., Liu , P. Q., Xia, L. Z., Analytical solution of the thermo-mechanical stresses in a multilayered composite pressure vessel considering the influence of the closed ends, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 98, pp. 102-110,( 2012).
.
[12] Jabbari, M., Mechanical and thermal stresses in a functionally graded hollow cylinder due to radially symmetric loads, Int. J. Pressure Vessels, Vol. 79, pp. 493-497, (2002).
 
[13] Majeed Algbory, Abdul Munium Razoki, Stress analysis of the multi-layered thick cylinders, Al-Qadisiyah Journal for Engineering Sciences, Vol. 4, No. 2, (2011).
 
[14] Sunil, A. Patil, Finite element analysis of optimized compound cylinder, Journal of Mechanical Engineering Research, Vol. 5 No. 5, pp. 90-96, (2013).
 [15] Majumde, T., Sarkar, S., Mondal, S. Ch., Mandal, D. K., Optimum Design of Three Layer Compound Cylinder,  IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering (IOSR-JMCE),Vol. 11, No. 3, Ver. III, pp. 33-41, (2014).
 
[16] Kazemzadeh Azad, S.,  Akis, T.,  A Study of Shrink-Fitting for Optimal Design of Multi-Layer Composite Tubes Subjected to Internal and External Pressure, Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering, Vol. 43, pp. 451-467, (2018).
 
[17] Abdelsalam, R. Ossama, Design optimization for a three-layers shrink-fitted pressure vessel exposed to very high pressure, 18th International Conference on Aerospace Sciences & Aviation Technology, Materials Science and Engineering, Cairo, Egypt. 9- 11 April (2019).
 
[18] Salehi Kolahi, M. R., Karamooz, M., Rahmani, H., Elastic analysis of Shrink-fitted Thick FGM Cylinders Based on Linear Plane Elasticity Theory, Mechanics of Advanced Composite Structures, Department of Mechanical Engineering, Vol. 7, pp.121-127, (2020).