طراحی یک استوانه هدفمند با توزیع دلخواه مواد برای تحمل بارهای حرارتی و مکانیکی وارده بر جداره داخلی

مواد هدفمند، مواد مرکب غیرهمگنی هستند که عموماً از ترکیب یک سرامیک و یک فلز ساخته شدهو تلفیقی از خواص هردو را دارا می باشند. به همین دلیل کاربردهای مختلفی برای این مواد به خصوصدر محیط هایی با دمای بالا پیشنهاد شده است. در این مقاله یک استوانه هدفمند تحت شار حرارتی وفشار داخلی در جداره داخلی به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت یک طراحی بهینهبرای آن پیشنهاد شده است. استوانه از سه لایه تشکیل شده است، دو لایه همگن فلزی و سرامیکی ویک لایه هدفمند که این دو لایه را به یکدیگر مرتبط می سازد. برای حل مسئله لایه هدفمند به چندینزیرلایه کوچکتر تقسیم شده و میتوان با تقریب مناسبی خواص مکانیکی و حرارتی را در هر لایهثابت فرض نمود. بدین ترتیب یک حل ترموالاستیسیته تحلیلی برای مسئله مدنظر ارائه شده است. درادامه با استفاده از روش ارائه شده اثر پارامترهای ضریب انبساط حرارتی و مدول الاستیسیته جزءسرامیکی و ضخامت و توان کسر حجمی لایه هدفمند بر تنش های به وجود آمده بررسی شده است.نهایتاً این پارامترها به گونهای انتخاب شدهاند که تنش ها تا حد امکان کاهش یافته و نیز شیب تغییراتتنش در لایه هدفمند ملایم باشد. نتایج تحلیل حاضر نشان میدهد که بر خلاف پیش بینی ها حالتبهینه برای طراحی چنین استوانه ای با انتخاب مواد فلزی و سرامیکی حاصل می شود که خواص فازهابیشترین اختلاف را با یکدیگر دارا باشند. همچنین افزایش مدول الاستیسیته جزء سرامیکی، تنش ها درلایه فلزی و سرامیکی را به ترتیب با کاهش و افزایش مواجه می سازد.

کلیدواژه ها:

طراحی ، استوانه هدفمند ، فشار داخلی ، شار حرارتی