Sıcaklığa Bağlı Malzeme Özelliklerine Sahip Fonksiyonel Derecelendirilmiş Tüplerin Termoelastik Analizi

Abstract

Bu çalışma sıcaklığa bağlı malzeme özelliklerine sahip fonksiyonel derecelendirilmiş, sonsuz uzunlukta ve uçları sabitlenmiş tüplerin termoelastik analizini içermektedir. Tüpler eksenel yönde simetrik termal ve mekanik yüklemeye maruz bırakılmıştır. Isı probleminde kararlı hal, mekanik problemde ise küçük şekil değiştirme teorisi ve düzlem gerilim durumu varsayımları göz önünde bulundurulmuştur. Tüplerin termal ve mekanik özellikleri tüpün radyal yönü boyunca değiştiği kabul edilmiştir. Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemenin Inconel 718 ve Ti-6Al-4V alaşımları olmak üzere iki bileşenden oluştuğu varsayılmıştır. Malzemenin etkin özellikleri belirlenirken karışımlar kuralı kullanılmıştır. Bileşenlerin termal ve mekanik özelliklerinin tüpün radyal yönündeki değişimleri yeni bir derecelendirme fonksiyonu ile belirlenmiştir. Önerilen fonksiyon ile bileşenlerin özelliklerinin istenen lokasyonda düzgün ve kontrollü kademelendirilmesi mümkün olmuştur. Daha sonra örnek problemler çözülmüş ve bu problemlerde fonksiyonel derecelendirilmiş tüpler için elde edilen sonuçlar, Inconel 718 ve Ti-6Al-4V alaşımlarından yapılmış homojen tüplerin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Uygun malzeme derecelendirmesi yapıldığında, fonksiyonel derecelendirilmiş tüplerin, bu tüpleri oluşturan bileşenden yapılmış homojen tüplere göre avantajlı olduğu gösterilmiştir.This study presents an investigation on the thermoelastic behavior of infinitely long functionally graded tubes with fixed ends that have temperature dependent material properties. The tubes are subjected to axisymmetric thermal and mechanical loadings. Polar coordinates are used in the derivations. The thermal problem is steady-state, and the formulation of mechanical problem is realized under the assumptions of small deformation theory and a state of plane strain. The thermal and mechanical properties of the tubes are assumed to be graded along the radial direction of the tube. The functionally graded material is assumed to be formed from two constituents, namely Inconel 718 and Ti-6Al-4V alloys. Rule of mixtures are used in the determination of effective material properties. The variations of the thermal and mechanical properties along the radial direction of the tube are described by a new form of gradation function. With this proposed function a smooth and controlled grading of the properties at the desired locations within the tube is possible. Sample problems are considered, and the solutions determined for the tubes made of homogeneous Inconel 718 and Ti-6Al-4V alloys are compared with those obtained for the tubes made of functionally graded materials. The results reveal that, with proper material gradation, the tubes made of functionally graded materials may become advantageous than those made of homogeneous materials that form the functionally graded tubes.