تحلیل تئوریک و عددی دیسک های دوار با ضخامت و خواص مکانیکی متغیر در معرض تغییر درجه حرارت

دیسک های دوار به طور گسترده در صنایع هوافضا مانند توربین های گاز، موتور جت، چرخ لنگر، اتومبیل ها، پمپ ها، کمپرسورها وغیره بکار می روند. این دیسک ها به طورمعمول تحت بارهای مکانیکی-حرارتی (ترمومکانیکی) و در سرعت های زاویه ای بالا بکار می روند. مطالعات اخیر نشان داده است که در سرعت زاویه ای مشابه، تنش ها در دیسک های دوار با ضخامت متغیر، بسیار کمتر از دیسک هایی با ضخامت یکنواخت هستند [30، 31]. از طرفی با توجه به اهمیتی که امروزه مواد مدرج تابعی (fgm-functionally graded material) در صنایع هوافضا که به موادی با مقاومت حرارتی بالا و مقاوم از لحاظ مکانیکی نیاز است، پیدا کرده اند، بررسی دیسک های دوار fgm تحت شرایط حرارتی بالا می تواند بسیار مطلوب باشد. از آنجا که سازه های مدرج تابعی بیشترین استفاده را در محیط های دما بالا دارند که در آن تغییرات قابل توجهی در خواص مکانیکی مواد تشکیل دهنده مورد انتظار است، در نظرگرفتن این وابستگی به دما، برای پیش بینی دقیق پاسخ مکانیکی ضروری است. بنابراین می توان خواص مادی را به صورت تابعی غیرخطی از دما بیان نمود. از روش هایی که برای تحلیل تنش در حوزه الاستیک تطابق خوبی با روش های موجود از خود نشان داده است، تئوری خواص مادی متغیر (vmp- variable material properties) است. در این روش، پس از تقسیم دیسک به چندین حلقه، از شکل پاسخ الاستیک برای حل مسائل الاستیک-پلاستیک استفاده می شود. در این پایان نامه، هدف، استفاده از تئوری خواص مادی متغیر برای تحلیل رفتار تنشی دیسک های دوار مدرج تابعی، با ضخامت متغیر و سرعت زاویه ای ثابت، تحت بار ترمومکانیکی، با درنظرگرفتن خواص مادی وابسته به دما است. در ادامه، این تحلیل با روش رانگ-کوتا و تحلیل اجزای محدود (با استفاده از نرم افزار انسیس) مقایسه شده است. نتایج ارائه شده نشان می دهد که روش های مذکور، بخصوص تئوری خواص مادی متغیر و روش اجزای محدود، در حوزه الاستیک و الاستیک-پلاستیک، تطابق نسبتا خوبی با هم دارند؛ ضمن اینکه تئوری خواص مادی متغیر، تا حد قابل توجهی، نسبت به روش رانگ-کوتا، به زمان کمتری جهت ارائه پاسخ نیاز دارد. همچنین مقایسه پاسخ های بدست آمده، با درنظرگرفتن وابستگی دمایی خواص و بدون درنظرگرفتن آن، نشان دهنده خطای بسیار زیاد حاصل از درنظر نگرفتن آن است. در ادامه، تاثیر پارامترهای مختلف از جمله شکل هندسی دیسک، شاخص درجه بندی، توزیع دمایی و ... بر رفتار تنشی دیسک بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که این پارامترها تاثیر قابل توجهی بر تنش ها و تغییرشکل دیسک دارند.