The present investigation is concerned with a study effect of magnetic field and non-homogenous on the elastic stresses in rotating orthotropic infinite circular cylinder. A certain boundary conditions closed form stress fields solutions are obtained for rotating orthotropic cylinder under initial magnetic field with constant thickness for three cases: (1) Solid cylinder, (2) Cylinder with a circular hole at the center, (3) Cylinder mounted on a circular rigid shaft. Analytical expressions for the components of the displacement and stress fields in different cases are obtained. The effect of rotation and magnetic field and non-homogeneity on the displacement and stress fields are studied. Numerical results are illustrated graphically for each case. The effects of rotating and magnetic field and non-homogeneity are discussed.
The histories and distributions of dynamic stresses in an orthotropic hollow cylinder under sinusoidal impact load are obtained by making use of eigenfunction expansion method in this paper. Dynamic equations for axially symmetric orthotropic problem are founded and results are carried out for a practical example in which an orthotropic hollow cylinder is in initially at rest and subjected to a dynamic interior pressure $p(t)=-{\sigma}_0(sin{\alpha}t+1)$. The features of the solution appear the propagation of the cylindrical waves. The other hand, a dynamic finite element solution for the same problem is also got by making use of structural software (ABAQUS) program. Comparing theoretical solution with finite element solution, it can be found that two kinds of results obtained by two different solving methods are suitably approached. Thus, it is further concluded that the method and computing process of the theoretical solution are effective and accurate.
In the paper, a direct method of solution of the Navier equation is presented. An orthotropic thick hollow cylinder under a one-dimensional steady-state temperature distribution and a uniform magnetic field with general types of thermal and mechanical boundary conditions is considered. The Navier equation in terms of displacement is derived and solved analytically by the direct method, and magnetothermoelastic responses and perturbation of the magnetic field vector in the orthotropic thick hollow cylinder is described. The present method is suitable for orthotropic thick hollow cylinders placed in an axial magnetic field with arbitrary thermal and mechanical boundary conditions. Finally, numerical examples are carried out and discussed.
When a layer of cylindrical composite component containing an axisymmetric residual stress state is removed from the inner or outer surface, the dimension of the remaining material changes to balance internal forces. Therefore, in order to machine cylindrical composite components within tolerances, it is important to know dimensional changes caused by residual stress redistribution in the body. In this study, analytical solutions for dimensional changes and the redistribution of residual stresses due to the layer removal from a residually stressed cylindrically orthotropic cylinder were developed. The cylinder was assumed to have axisymmetric radial, tangential and axial residual stresses. The result of this study is useful in cases where the initial residual stress distribution in the component has been measured by a non-destructive technique such as neutron diffraction with no information on the effect of layer removal operation on the dimensional changes.
This work aims to analyze the thermo-viscoelastic interaction in an orthotropic solid cylinder. The medium is considered to be variable thermal conductivity and subjected to temperature pulse. Analytical solution based on dual-phase-lags model with Voigt-type for behavior of viscoelastic material has been effectively proposed. All variables are deduced using method of Laplace transforms. Numerical results for different distribution fields, such as temperature, displacement and stress components are graphically presented. Results are discussed to illustrate the effect of variability thermal conductivity parameter as well as phase-lags and viscoelasticity on the field quantities. Results are obtained when the viscosity is ignored with and without considering variability of thermal conductivity. A comparison study is made and all results are investigated.
The present paper is concerned with the investigation of propagation of thermoelastic media, the finite difference technique is used to obtain the solution for the uncoupled dynamic thermoelastic stress problem in a non-homogeneous orthrotropc thick cylindrical shell. In implementing the method, the linear dynamic thermoelasticity equations are used with the appropriate boundary and initial conditions. Thermal shock stress becomes of significant magnitude due to stress wave propagation which is initiated at the boundaries by sudden thermal loading. Numerical results have been given and illustrated graphically in each case considered. The presented results indicate that the effect of inhomogeneity is very pronounced.
구조용 목재부재의 성능 예측에 가장 큰 영향을 끼치는 옹이를 활용하여 유한요소 수치해석을 실시하였다. 다른 구조용 재료와 달리 목재의 경우 직교이방성을 나타내기 때문에 이를 적용하였고 옹이를 실린더 형태, 원추형 형태, 육면체 형태로 모델화 하였다. 목재 부재에 대해 실제 압축강도실험을 실시하여 그 파괴형태를 파악하고 최대강도값을 계산하였으며, 각 부재의 치수와 옹이의 크기, 위치, 개수를 반영한 수치해석 모델을 제작하여 유한요소해석을 실시하였다. 실험에서 얻어진 최대압축강도를 적용한 수치해석을 실시하여 옹이자료에 따른 각 부재의 응력분포형태를 파악하고 이를 실제 부재의 파괴형태와 비교 분석하였다. 수치해석에 소요되는 시간이나 요수 분할의 어려움, 옹이 주위의 응력 전달의 유사성 등에 기준했을 때 실린더 형태의 요소가 가장 타당하다고 판단되었다. 또한 응력 분포 모양과 변형 분포 모양을 비교한 경우 유한 요소 수치해석의 결과에서 응력이 가장 집중되는 부분과 변형이 가장 심하게 발생한 주위에서 실제 시편의 파괴나 균열이 발생함을 알 수 있었다. 이를 기초로 유한요소 수치해석법을 직교이방성과 옹이 모델링을 적절히 적용할 경우 휨응력을 받는 부재와 인장 응력을 받는 부재 등의 성능 해석에 유용한 수단으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Single- and multi-span orthotropic functionally graded hollow cylinders subjected to axisymmetrical bending are investigated on the basis of a unified shear deformable shell theory, in which the transverse displacement is expressed by means of a general shape function. To approach the through-thickness inhomogeneity of the hollow cylinder, a laminated model is employed. The shape function therefore shall be determined for each fictitious layer. To improve the computational efficiency, we resort to a transfer matrix method. Based on the principle of minimum potential energy, equilibrium equations are established, which are then solved analytically using the transfer matrix method for arbitrary boundary conditions. Numerical comparisons among a third-order shear deformable shell theory, an exact elastic theory and the present theory are provided for a simply supported hollow cylinder, from which the present theory turns out to be superior in stress estimation. Distributions of displacements and stresses in single- and three-span hollow cylinders with different boundary conditions are also illustrated in numerical examples.
본 논문은 흡습환경에서 온도변화를 겪는 무한히 긴 속빈 실린더의 시간변화에 따른 흡습열 응력 변화에 관해서 연구한 것이다. 평면변형률 가정에 기초한 흡습열탄성론의 방정식이 열과 습기 사이의 연성효과를 고려하여 수립되었다. 시간경과에 따른 흡습열 응력을 구하기 위한 완전한 형태의 해가 연성분리기법과 변수분리방법을 이용하여 구하였으며, 온도와 습도 집중치의 분포를 포함한 수치적인 적용 예에 대한 결과를 분석하였다. 시간경과에 따른 흡습열 특성이 직교이방성 속빈원통벽에서 변위와 응력의 변화 및 분포에 미치는 영향을 함께 제시하였다.
Three dimensional free vibrations analysis of functionally graded fiber reinforced cylindrical shell is presented, using differential quadrature method (DQM). The cylindrical shell is assumed to have continuous grading of fiber volume fraction in the radial direction. Suitable displacement functions are used to reduce the equilibrium equations to a set of coupled ordinary differential equations with variable coefficients, which can be solved by differential quadrature method to obtain natural frequencies. The main contribution of this work is presenting useful results for continuous grading of fiber reinforcement in the thickness direction of a cylindrical shell and comparison with similar discrete laminate composite ones. Results indicate that significant improvement is found in natural frequency of a functionally graded fiber reinforced cylinder due to the reduction in spatial mismatch of material properties and natural frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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