Fonksiyonel Kademelendirilmiş Küresel Kabukların Burkulma Sonrası Davranışları

Abstract

Bu çalışma ile fonksiyonel kademelendirilmiş küresel kabukların burkulma sonrası davranışları lineer olmayan sonlu elemanlar metodunu kullanılarak incelendi. Simetri nedeniyle dörtte biri kullanılan model, kenarlarından sabit mafsal ile tuturulmuş ve merkezi tekil bir yüke maruz bırakılmıştır. Fonksiyonel kademelendirilmiş küresel kabuk, kompozisyonu kalınlık boyunca değişen seramik (Al2O3) ve metal (Ni) fazlardan oluşmuştur. Seramik ve metal katmanlar arasında kalan fonksiyonel kademelendirilmiş bölgenin mekanik özelliklerinin kabuk kalınlığı boyunca sürekli olarak bileşenlerin hacimsel oranlarındaki değişime bağlı olarak bir güç kanununa göre değiştiği varsayılmıştır. Lineer olmayan denklemler arc-length metod kullanılarak çözüldü. Fonksiyonel kademelendirilmiş küresel kabukların burkulma sonrası davranışları üzerinde malzeme kompozisyonu, katman sayısı ve kabuk kalınlığının etkileri araştırıldı. Kabuk kalınlığı boyunca artan katman sayısının fonksiyonel kademelendirilmiş kabuğun burkulma sonrası davranışı üzerindeki etkisinin önemsiz olduğu görülürken kompozisyonel gradyantın 0.1’den 10.0’a artırıldığında vurgu stabilitesinin daha belirgin olduğu gözlendi. Ayrıca kabuk kalınlığının artırılması ile vurgu stabilite değerinde önemli ölçüde bir artışın olduğu tesbit edildi.

This study investigates post-buckling behaviour of functionally graded spherical shells using the non-linear finite element method. A one-quarter shell model was used due to symmetry and the longitudinal shell edges were hinged under a central transverse concentrated load. The functionally graded shell was composed of a mixture of ceramic (Al2O3) and metal (Ni) which varies smoothly along the shell thickness between the metal-rich surface and the ceramic-rich surface based on a power-law the volume fractions of the constituents. The nonlinear equations were solved by the arc-length method. The effects of material composition and layer number as well as various shell thicknesses on the post-buckling response of the functionally graded spherical shells were investigated. The layer number through the shell thickness has a minor effect on the post-buckling behaviour whereas the compositional gradient exponent varies from 0.1 to 10.0 the snapthrough behaviour becomes more obvious. In addition, the thicker shell exhibits a snapthrough behaviour whereas both snap-through and snap-back behaviours appear for the thinner shells.