Pamukkale Univ Muh Bilim Derg. 2017; 23(1): 24-35 | DOI: 10.5505/pajes.2016.56688

Analysis on multi-layered and functionally graded spherical pressure vessels

Eray Arslan
Inonu University Faculty of Engineering, Department of Mechanical Engineering, Malatya, Turkey

Analytical models are presented for both multi-layered and functionally graded thick walled spherical pressure vessels that are subjected to uniform internal or external pressure. A double recursive algorithm is used for the n-layered vessel of which the modulus of elasticity and yield stress are assumed to change stepwise from one layer to another. In the model intended for the continuously graded one, these properties are assumed to vary in radial direction according to a power law. The elastic behaviors under the same loading conditions for such heterogeneous vessels, and the homogeneous ones alike, have been compared. The relationships between the elastic limit load (according to the yield criterion of von Mises) and the grading indices or number of layers have been investigated. As a result, it has been observed that although the difference between elastic limit load of the functionally graded and that of 2-layered pressure vessels is 70%, this difference decreases to 2% for the 32-layered one. Moreover, yielding may emerge at the inner or outer surfaces of the graded vessel depending on the load and grading parameter however it occurs at r(n-1)th interface coordinate in the multi-layered one.

Keywords: Heterogeneous spherical pressure vessel, FGM, multi-layered material, elastic limit, von Mises yield criterion

---

Tabakalý ve fonksiyonel olarak kademelendirilmiþ küresel basýnç kaplarý üzerine analiz

Eray Arslan
Ýnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliði Bölümü, Malatya

Ýç ya da dýþ basýnca maruz kalan tabakalý ve fonksiyonel olarak kademelendirilmiþ küresel basýnç kaplarý için iki ayrý analitik model sunulmuþtur. Her bir tabakasýnda elastisite modülü ve akma gerilmesinin kademeli bir þekilde deðiþtiði varsayýlan n tabakalý basýnç kabý için çift tekrarlamalý (rekursif) bir algoritma kullanýlmýþtýr. Fonksiyonel olarak kademelendirilmiþ basýnç kabý için ise ayný mekanik özelliklerin radyal doðrultuda bir güç fonksiyonuna baðlý olarak deðiþtiði kabul edilmiþtir. Bu heterojen (ve bunlara ilaveten homojen) basýnç kaplarýnýn ayný yük koþullarý altýndaki elastik davranýþlarý karþýlaþtýrýlmýþtýr. Elastik limit yükü (von Mises akma kretierine göre) ile kademelendirme parametresi (fonksiyonel olarak kademelendirilmiþ kap için) ve tabaka sayýsý (tabakalý kap için) arasýndaki iliþkiler incelenmiþtir. Sonuç olarak, iki tabakalý basýnç kabýnda ulaþýlan elastik limit yükü ile kademelendirilmiþ kabýn elastik limit yükü arasýndaki farkýn %70 civarýnda olduðu fakat bu farkýn 32 tabakalý kapta %2'ye inebildiði gözlenmiþtir. Diðer bir yandan, kademelendirilmiþ basýnç kabýnda akma, yüke ve kademelendirme parametresine baðlý olarak iç ya da dýþ yüzeyde oluþabilirken, tabakalý basýnç kabýnda akma r(n-1)'inci arayüz koordinatýnda gerçekleþmektedir.

Anahtar Kelimeler: Heterojen küresel basýnç kabý, FKM, tabakalý malzeme, elastik limit, von Mises akma kriteri

---