Design of equi-strength rotating disk

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background: Rotating disks, such as flywheels, are an important machine part of engines, which requires the development of the theoretical methods of their analysis and design.

Aim: Determination of the profile of equi-strength rotating disks.

Materials and Methods: Methods of the mathematical theory of elasticity and plasticity

Results: Methodology for determining the profile of equi-strength rotating disks obeying the von Mises yield criterion and its application

Conclusion: The methodology developed can be used to design equi-strength rotating disks subject to various combinations of internal and external pressures. It can be extended to more general yield criteria.

About the authors

Elena A. Lyamina

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS

Email: lyamina@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0002-7319-8703
SPIN-code: 6801-0244

PhD, associated professor

Russian Federation, Moscow

Olga V. Novozhilova

Bauman Moscow State Technical University

Author for correspondence.
Email: helgam@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-9361-0478
SPIN-code: 8995-7637

PhD

Russian Federation, Moscow

References

  1. Genta G, Bassani D. Use of Genetic Algorithms For the Design of Rotors. Meccanica. 1995;30:707–717. doi: 10.1007/BF00986575
  2. Parmaksizogˇlu C, Güven U. Plastic Stress Distribution in a Rotating Disk with Rigid Inclusion Under a Radial Temperature Gradient. Mechanics of Structures and Machines: An International Journal. 1998;26:19-20. doi: 10.1080/08905459808945417
  3. Orcan Y, Eraslan AN. Elastic–Plastic Stresses in Linearly Hardening Rotating Solid Disks of Variable Thickness. Mechanics Research Communications. 2002;29(4):269-281. doi: 10.1016/S0093-6413(02)00261-6.
  4. Eraslan AN. Stress Distributions In Elastic-Plastic Rotating Disks with Elliptical Thickness Profiles Using Tresca and Von Mises Criteria. Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 2005;85:252-266. doi: 10.1002/zamm.200210177
  5. Jalali MH, Jalali MR. Stress Analysis of Rotating Functionally Graded Polar Orthotropic Disk Under Thermomechanical Loading. Journal of Vibroengineering. 2020;22(3):640–656. doi: 10.21595/jve.2019.20575
  6. Сёмка Э.В. Качественный и количественный анализ упругопластического состояния вращающегося тонкого диска // Вестник Инженерной школы ДВФУ. – 2022. – №4(53). – С. 3–12. [Syomka EV. Qualitative and quantitative analysis of the elastoplastic state of a rotating thin disk. Far Eastern Federal Univercity: School of Engineering Bulletin. 2022;4(4(53):3-12. (In Russ).] Ссылка активна на: 18.03.2023. Доступно по: https://journals.dvfu.ru/vis/article/view/388
  7. Alexandrov S. Elastic/plastic discs under plane stress conditions. Springer, 2015. doi: 10.1007/978-3-319-14580-8
  8. Paul SK, Sahni M. Stress Analysis of Functionally Graded Disk with Exponentially Varying Thickness Using Iterative Method. WSEAS Transactions on Applied and Theoretical Mechanics. 2021;16:232-244. doi: 10.37394/232011.2021.16.26
  9. Sharma D, Kaur R, Sharma H. Investigation of Thermo-Elastic Characteristics in Functionally Graded Rotating Disk Using Finite Element Method. Nonlinear Engineering. 2021;10:312-322. doi: 10.1515/nleng-2021-0025
  10. Madan R, Bhowmick S. Limit Elastic Analysis of Functionally Graded Rotating Disks Under Thermo-Mechanical Loading. Int J Appl Mech. 2021;13:Article 2150033. doi: 10.1142/S1758825121500332
  11. Seireg A, Surana KS. Optimum Design of Rotating Disks. Journal of Engineering Materials and Technology, Transactions of the ASME. 1970;92(1):1-10. doi: 10.1115/1.3427709
  12. Gontarovskii VP, Chebaevskii BP. Profile design of uniform-strength disk by the Mises strength rule. Strength of Materials. 1973;5(10):1257-1259. doi: 10.1007/BF01129410
  13. Hein K, Heinloo M. The Design of Nonhomogeneous Equi-Strength Annular Discs of Variable Thickness Under Internal And External Pressures. Int J Solids Struct. 1990;26(5/6):617-630. doi: 10.1016/0020-7683(90)90033-R
  14. Gau CY, Manoochehri S. Optimal Design of a Nonhomogeneous Annular Disk Under Pressure Loadings. ASME Journal of Mechanical Design. 1994;116:989-996. doi: 10.1115/1.2919509
  15. Durban D, Baruch M. Analysis Of an Elasto-Plastic Thick Walled Sphere Loaded By Internal and External Pressure. Int J Nonlinear Mech. 1977;12: 9-21. doi: 10.1016/0020-7462(77)90012-9
  16. Alexandrov S, Pirumov A, Jeng YR. Expansion/Contraction of a Spherical Elastic/Plastic Shell Revisited. Continuum Mechanics and Thermodynamics. 2015; 27: 483-94. doi: 10.1007/s00161-014-0365-6
  17. Alexandrov S, Jeng YR. An Elastic/Plastic Solution for a Hollow Sphere Subject to Thermo-Mechanical Loading Considering Temperature Dependent Material Properties. Int J Solids Struct. 2020;200-201:23-33. doi: :10.1016/j.ijsolstr.2020.03.027
  18. Bayat M, Saleem M, Sahari BB, Hamouda AMS, Mahdi E. Mechanical and Thermal Stresses in A Functionally Graded Rotating Disk with Variable Thickness Due to Radially Symmetry Loads. Int J Pres Ves Pip. 2009;86:357-72. doi: 10.1016/j.ijpvp.2008.12.006
  19. Vivio F, Vullo V, Cifani P. Theoretical Stress Analysis of Rotating Hyperbolic Disk Without Singularities Subjected to Thermal Load. Journal of Thermal Stresses. 2014;37:117-36. doi: 10.1080/01495739.2013.839526

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Rotating disk loaded with internal and external pressure

Download (44KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Illustration of the condition for the applicability of a special solution

Download (48KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. General structure of the solution of equation (14)

Download (43KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Radial distribution of the angle value

Download (64KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the pressure at the outer radius on the value of a

Download (37KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Equal-strength disc profile

Download (36KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Illustration of the condition of applicability of the solution

Download (156KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Lyamina E.A., Novozhilova O.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

link to the archive of the previous title

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».