HYGRO-THERMO-MECHANICAL BENDING BEHAVIOR OF ADVANCED FUNCTIONALLY GRADED CERAMIC METAL PLATES RESTING ON VISCOELASTIC FOUNDATIONS

HYGRO-THERMO-MECHANICAL BENDING BEHAVIOR OF ADVANCED FUNCTIONALLY GRADED CERAMIC METAL PLATES RESTING ON VISCOELASTIC FOUNDATIONS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (MS Thesis)
HYGRO-THERMO-MECHANICAL BENDING BEHAVIOR OF ADVANCED FUNCTIONALLY GRADED CERAMIC METAL PLATES RESTING ON VISCOELASTIC FOUNDATIONS.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 15 July 2022.

Download (2MB)

Arabic Abstract

يتم استغلال المواد المركبة المكونة من عدة طبقات في أنواع مختلفة من الهياكل والصفائح الإنشائية وتُربط هذه الطبقات ببعضها لتعزيز الخصائص الميكانيكية الحرارية، لكن هذا الترابط يركز قوى الضغط في أماكن تلاقيها خاصة عند درجات الحرارة العالية ما يسبب حدوث شقوق وانفصال للطبقات عن بعضها. تتغلب المواد المتدرجة وظيفيا (FGM) على هذه المشكلة من خلال التغيير المستمر لمكونات المواد خلال سماكة الصفيحة الإنشائية. يُركز هذا البحث على دراسة الإجهاد الميكانيكي-الحراري-الرطوبي لصفائج السيراميك المعدنية المتدرجة وظيفيا والمستندة على قاعدة لزجة ومرنة بإستخدام نظرية الإزاحة بقوى القص ذات الرتبة العليا والمعتمدة على أربعة مجاهيل فقط. أُستعملت دالة قانون القوى والمعتمدة على النسب الحجمية لأجل توزيع نسبة المواد خلال سماكة الصفيحة الإنشائية. يستغل مجال الإزاحة الأفقية دالة جيبية مثلثية لحساب مجال الإزاحة الرأسية بقوى القص. تم دراسة تأثير عوامل الحرارة والرطوبة الخطية وغير الخطية على الإجهادات داخل الصفيحة. لأول مرة، تم استعمال نموذج قاعدة لزجة ومطاطية ذا ثلاثة عوامل لدراسة قوى الإجهادات في الصفيحة مع الأخذ بعين الإعتبار تأثير عامل التثبيط بالإظافة الى عومل "وينكلر" و"باستيرناك". تم إستخدام مبدأ الإزاحة الإفتراضية لإشتقاق المعادلة التفاضلية الحاكمة، وتم التوصل الى الحل التحليلي بإستخدام طريقة "نافيير". تم مقارنة النتائج القياسية مع نتائج الدراسات المتوفرة في المجال للتحقق من صحتها. تم إجراء تحقق معياري لمناقشة تأثير مؤشر التدرج لقانون القوى، تركيز الحرارة والرطوبة، معاملات القاعدة، بالإضافة الى تأثير عامل التثبيط في القاعدة المرنة ذات اللزوجة.

English Abstract

Multi-layered materials are utilized in various structures. Layers in the conventional laminated structures are bonded together to enhance their mechanical-thermal properties. Such assembly caused major inconvenience, which is the stress concentration along the interfaces, especially at elevated temperatures leading to delamination, cracks, and other damage mechanisms. Functionally graded materials (FGMs) overcome this problem by continuously varying the material constituents along the thickness. This research focuses on studying the hygro-thermo-mechanical bending behavior of advanced functionally graded ceramic-metal plates resting on viscoelastic foundation using a simple higher-order integral shear deformation theory with only four unknowns. The power-law function in terms of volume fraction is used to vary the elastic material constituents through the plate's thickness. The in-plane displacement field uses a sine shape function that changes linearly through the plate thickness to calculate the out-of-plane shear deformation. Both the linear and nonlinear influence of temperature and moisture concentration on the bending response is investigated. For the first time, a three-parameter viscous foundation model is used to study the bending response utilizing the damping coefficient in addition to Winkler’s and Pasternak’s parameters. The governing equations are derived using the principle of virtual displacement, and the analytical solution is obtained by the Navier method. Non-dimensional numerical results are validated with existing results in the literature. A parametric investigation is established to discuss the effect of the power-law gradient index, temperature rise and moisture concentration, elastic foundation coefficients, and the viscoelastic damping coefficient on the FGM plate's bending response.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Civil Engineering > Structural Engineering
Aerospace
Mechanical
Department: College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor: Al-Osta, Mohammed A.
Committee Members: Al-Zahrani, Mesfer M. and TOUNSI, Abdelouahed
Depositing User: ISMAIL MUDHAFFAR (g201381650)
Date Deposited: 29 Jul 2021 09:06
Last Modified: 29 Jul 2021 09:06
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141928