功能梯度碳纳米管增强复合材料板弯曲和模态的广义有限差分法 被引量：7

1

作者 李煜冬 傅卓佳 汤卓超 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期414-424,共11页

由复合材料构成的板结构一直以来受到很大关注,其中功能梯度碳纳米管增强复合材料(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite, FG-CNTRC)具有异常优越的力学性能,使得诸多学者展开了对功能梯度碳纳米管增强复合材料板... 由复合材料构成的板结构一直以来受到很大关注,其中功能梯度碳纳米管增强复合材料(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite, FG-CNTRC)具有异常优越的力学性能,使得诸多学者展开了对功能梯度碳纳米管增强复合材料板结构力学行为的研究.本文以FG-CNTRC板为研究对象,将一种新型的区域型无网格方法——广义有限差分法应用于求解基于一阶剪切变形的FG-CNTRC板结构的静态线性弯曲和自振模态问题.广义有限差分法(generalized finite difference method, GFDM)基于函数的泰勒展开式和移动最小二乘法将计算区域中任意一子区域中心点处函数值的各阶偏导数表示成该支撑域节点上函数值的线性叠加.该方法不仅无需网格划分和数值积分而且避免了全域无网格配点法通常遇到的病态稠密矩阵问题,使得这类方法具有形式简单、易于应用和实现等优点,目前广泛应用于各种科学和工程计算问题.本文首先介绍了基于一阶剪切变形理论的功能梯度碳纳米管增强复合材料板的广义有限差分法离散模型.随后通过基准算例,检验了广义有限差分法的计算精度与收敛性.最后数值分析和讨论了碳纳米管中不同分布型、体积分数、碳纳米管旋转角度、宽厚比、板倾斜角度和长宽比等对FG-CNTRC板结构弯曲和模态的影响. 展开更多

关键词 广义有限差分法 功能梯度碳纳米管增强复合材料 一阶剪切变形 板弯曲分析 模态分析

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功能梯度石墨烯增强复合材料板的自由振动 被引量：8

2

作者 庞有卿 王爱文 +1 位作者 郝育新 陈鸿燕 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期558-565,I0006,I0007,共10页

基于高阶函数剪切变形板理论,研究了可移动简支边界条件下功能梯度石墨烯增强复合材料板的自由振动。利用修正的Halpin-Tsai模型估计了复合材料的等效杨氏模量。基于Hamilton原理构建其偏微分方程。通过Navier方法计算得到了板的量纲为... 基于高阶函数剪切变形板理论,研究了可移动简支边界条件下功能梯度石墨烯增强复合材料板的自由振动。利用修正的Halpin-Tsai模型估计了复合材料的等效杨氏模量。基于Hamilton原理构建其偏微分方程。通过Navier方法计算得到了板的量纲为一的频率,并与已有成果进行了比较,验证了本文计算模型的优越性。数值计算结果表明:功能梯度石墨烯增强复合材料板的量纲为一的基频受石墨烯小块的分布模式影响很大,随着石墨烯含量的增加而单调增加;固定石墨烯小块的厚度和长宽比,量纲为一的基频随着长厚比的增加而单调增加。 展开更多

关键词 功能梯度 石墨烯增强复合材料 高阶剪切变形理论 自由振动

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四边简支功能梯度石墨烯增强复合材料厚板的自由振动分析 被引量：1

3

作者 雷芳明 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2023年第4期166-172,共7页

基于准三维板理论,研究了四边简支功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GRC)厚板的自由振动行为.通过改进的Halpin-Tsai模型计算了不同分布模式下FG-GRC厚板的有效性能,利用Hamilton原理构建其控制方程,并根据Navier法求解.通过参数研究部分... 基于准三维板理论,研究了四边简支功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GRC)厚板的自由振动行为.通过改进的Halpin-Tsai模型计算了不同分布模式下FG-GRC厚板的有效性能,利用Hamilton原理构建其控制方程,并根据Navier法求解.通过参数研究部分揭示了石墨烯纳米片(GPLs)的重量分数、FG-GRC板的总层数、GPLs分布模式、宽厚比以及长宽比对四边简支FG-GRC厚板自由振动固有频率的影响.由于准三维板理论考虑了厚度拉伸效应,因此在厚板计算中比经典板理论、一阶板理论和Reddy三阶板理论更为精确. 展开更多

关键词 功能梯度石墨烯增强复合材料 厚板 准三维板理论 Navier法 自由振动

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石墨烯增强功能梯度材料板条的热弹性响应 被引量：3

4

作者 梅靖 陈鼎 杨博 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1857-1863,I0001,共8页

研究了石墨烯增强功能梯度复合材料板条的热弹性问题。基于推广后的Mian和Spencer功能梯度板理论,在板厚度方向上考虑热传导引起的稳态温度场,沿板厚方向考虑了三种石墨烯纳米片的分布形式,最终给出了不同边界条件下石墨烯增强功能梯度... 研究了石墨烯增强功能梯度复合材料板条的热弹性问题。基于推广后的Mian和Spencer功能梯度板理论,在板厚度方向上考虑热传导引起的稳态温度场,沿板厚方向考虑了三种石墨烯纳米片的分布形式,最终给出了不同边界条件下石墨烯增强功能梯度板条在温度场作用下的解析解。通过算例分析验证了本文方法的有效性,并讨论了边界条件和石墨烯的分布形式等因素对板条热弹性响应的影响。计算结果表明:石墨烯增强功能梯度材料板条在温度场作用下的热响应与在机械力作用下的弹性响应有较大不同。 展开更多

关键词 石墨烯增强复合材料 功能梯度板条 热弹性 解析解

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C/C-Al_2O_3梯度功能复合材料改性研究 被引量：1

5

作者 曾晓梅 李铁虎 +1 位作者 刘红林 马拯 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期304-307,共4页

采用炭纤维表面涂层与基体改性方法相结合,对所制的C/C Al2O3梯度功能复合材料界面性能进行了改进。研究了增强相炭纤维与陶瓷相Al2O3的界面结合强度这一关键技术,进行了热学、烧蚀、力学性能测试和微观结构分析。结果表明,添加ZrO2对... 采用炭纤维表面涂层与基体改性方法相结合,对所制的C/C Al2O3梯度功能复合材料界面性能进行了改进。研究了增强相炭纤维与陶瓷相Al2O3的界面结合强度这一关键技术,进行了热学、烧蚀、力学性能测试和微观结构分析。结果表明,添加ZrO2对基体进行改性,使材料的强度提高了39.1%,热导率降低至0.902W/(m·K)(800℃);采用炭纤维表面SiC涂层处理能有效改善复合材料的界面性能,使材料强度提高了3倍,达到约70MPa。 展开更多

关键词 基体改性 Al2O3 梯度功能复合材料 炭纤维 SIC涂层 界面性能 ZrO2 C/C 增强相 界面结合强度

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颗粒增强铝基功能梯度复合管研究 被引量：1

6

作者 秦孝华 韩维新 +2 位作者 范存淦 戎利建 李依依 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 2001年第3期290-292,共3页

对强化颗粒进行了预处理 ,通过控制搅拌条件及感应炉供电功率等参数 ,使颗粒直接加入到基体铝合金中 ,并在浆体中呈现不同的分布 .再通过调整其它的工艺参数 ,利用水平式离心铸造机制备了三种具有不同强化部位和不同颗粒分布的功能梯度... 对强化颗粒进行了预处理 ,通过控制搅拌条件及感应炉供电功率等参数 ,使颗粒直接加入到基体铝合金中 ,并在浆体中呈现不同的分布 .再通过调整其它的工艺参数 ,利用水平式离心铸造机制备了三种具有不同强化部位和不同颗粒分布的功能梯度复合管 :外层强化、内层强化以及内外层同时强化 .结果表明 :功能梯度复合管的显微硬度与颗粒分布具有良好的对应关系 ,而且显微组织也呈现梯度变化 ; 展开更多

关键词 离心铸造 功能梯度复合管 铝基复合材料 颗粒增强

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封严板结构分析理论与力学行为研究

7

作者 刘磊 周杰 吴振 《力学与实践》 2025年第1期24-30,共7页

发展了高阶梯度理论,通过与已发表的结果和三维有限元解对比,验证了本文理论模型的准确性和高效性。通过分析功能梯度结构力学行为后发现,使用合适的分布构型可以显著提升封严结构的面内刚度和弯曲刚度。此外,提高碳纳米管体积分数也可... 发展了高阶梯度理论,通过与已发表的结果和三维有限元解对比,验证了本文理论模型的准确性和高效性。通过分析功能梯度结构力学行为后发现,使用合适的分布构型可以显著提升封严结构的面内刚度和弯曲刚度。此外,提高碳纳米管体积分数也可有效提高功能梯度结构刚度。本文为碳纳米管增强封严结构力学行为分析提供了准确高效理论模型,为合理使用碳纳米管增强封严结构提供设计方案。 展开更多

关键词 封严板 高阶理论 碳纳米管 功能梯度 解析解

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基于改进Reddy型三阶剪切变形理论的弹性地基上FG-CNTRC板屈曲无网格分析

8

作者 许建文 严世涛 +1 位作者 彭林欣 陈卫 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期572-581,共10页

针对含碳纳米管转向的Pasternak地基上功能梯度碳纳米管增强复合材料FG-CNTRC(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite)板的屈曲问题,提出了一种基于改进Reddy型三阶剪切变形理论TSDT(third-order shear deformation... 针对含碳纳米管转向的Pasternak地基上功能梯度碳纳米管增强复合材料FG-CNTRC(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite)板的屈曲问题,提出了一种基于改进Reddy型三阶剪切变形理论TSDT(third-order shear deformation theory)和移动最小二乘近似MLS(moving-least square)的无网格分析模型。该模型避免了无网格法第二类边界条件的施加困难问题,且能够满足中厚/厚板的自由表面条件,无需额外引入剪切修正因子。基于最小势能原理推导了弹性地基上FG-CNTRC板的无网格屈曲控制方程,采用完全转换法处理本质边界条件。通过基准算例验证了本文方法的收敛性及有效性,讨论了碳纳米管的转向角、体积分数、分布形式、地基系数、宽厚比和边界条件等对FG-CNTRC板临界屈曲荷载的影响。 展开更多

关键词 改进Reddy型三阶剪切变形理论 功能梯度碳纳米管增强复合材料板 PASTERNAK地基 临界屈曲荷载 移动最小二乘近似

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改进Reddy型三阶剪切变形理论下FG-GRC板弯曲和模态分析的无网格法

9

作者 杨立军 陈孔 陈卫 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期79-87,305,共10页

基于含7个自由度变量的改进Reddy型三阶剪切变形理论(third-order deformation theory,TSDT)假设,采用稳定移动最小二乘近似(stabilized moving least-square approximation,SMLS)的无网格法研究了功能梯度石墨烯增强复合材料(functiona... 基于含7个自由度变量的改进Reddy型三阶剪切变形理论(third-order deformation theory,TSDT)假设,采用稳定移动最小二乘近似(stabilized moving least-square approximation,SMLS)的无网格法研究了功能梯度石墨烯增强复合材料(functionally graded graphene-reinforced composite,FG-GRC)板结构的静态线性弯曲和自振模态。通过Halpin-Tsai模型来估算材料的有效弹性模量,有效质量密度和泊松比由混合定律确定。利用最小势能原理和Hamition原理分别推导了FG-GRC板的线性弯曲和自振频率无网格控制方程。由于基于SMLS构造的形函数不满足克罗内克条件,故采用完全转换法处理本质边界条件。该研究首先介绍了基于TSDT下FG-GRC板的SMLS离散模型;随后通过与已有成果进行比较,检验了本文方法的收敛性及准确性;最后数值分析了石墨烯片(graphene platelets,GPLs)分布模式,质量分数、几何参数、总层数及边界条件等对FG-GRC板结构弯曲和模态的影响。 展开更多

关键词 改进Reddy型三阶剪切变形理论(TSDT) 功能梯度石墨烯增强复合材料板 稳定移动最小二乘近似(SMLS) 线性弯曲 自振频率

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基于改进Reddy型TSDT的弹性地基上FG-CNTRC板线性弯曲与自由振动无网格分析 被引量：1

10

作者 陈卫 方耀楚 +1 位作者 孙冰 彭林欣 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1355-1370,共16页

基于改进Reddy型3阶剪切变形理论(third-order shear deformation theory,TSDT)假设,考虑碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)转向及功能梯度材料的不均匀性,建立弹性地基上功能梯度碳纳米管增强复合材料(functionally graded carbon nanot... 基于改进Reddy型3阶剪切变形理论(third-order shear deformation theory,TSDT)假设,考虑碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)转向及功能梯度材料的不均匀性,建立弹性地基上功能梯度碳纳米管增强复合材料(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite,FG-CNTRC)板的线性弯曲和自由振动无网格分析模型.利用改进Reddy型TSDT推导FG-CNTRC板的势能和动能,给出弹性地基势能的表达式,再将其分别进行叠加,通过最小势能原理及Hamilton原理推导出弹性地基上FG-CNTRC板的线性弯曲和自由振动控制方程.采用稳定移动克里金插值(stabilized moving Kriging interpolation,SMKI)对问题域内的节点进行离散,该近似形函数的构造方法满足克罗内克条件,可以直接施加边界条件.文中首先给出基于三阶剪切变形理论的弹性地基FG-CNTRC板线性弯曲与自由振动无网格离散模型.随后通过基准算例,研究本文方法的有效性及精度问题.最后数值分析了CNTs的分布形式、转向角、体积分数、地基系数、宽厚比和边界条件等对FG-CNTRC板的线性弯曲及自振频率的影响.研究表明:采用本文方法计算FG-CNTRC薄板、中厚板、甚至厚板的线性弯曲和自振频率均具有较高的计算精度;随着CNTs体积分数和地基系数的增加,FG-CNTRC板结构刚度逐渐增大;FG-CTRC板结构刚度与宽厚比成正相关,厚度增加的剪切效应会让CNTs转向角对结构刚度的影响逐渐降低. 展开更多

关键词 改进Reddy型三阶剪切变形理论 功能梯度碳纳米管增强复合材料板 弹性地基 稳定移动克里金插值 线性弯曲 自由振动

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高阶剪切变形理论下Pasternak地基上FG-CNTRC梁自由振动及屈曲分析

11

作者 杨立军 彭林欣 陈卫 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期1-11,共11页

功能梯度碳纳米管增强复合材料(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite,FG-CNTRC)作为新一代先进复合材料,因其优越的力学性能而被研究者们广泛关注。该研究以Pasternak地基上FG-CNTRC梁为研究对象,基于不同高阶剪... 功能梯度碳纳米管增强复合材料(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite,FG-CNTRC)作为新一代先进复合材料,因其优越的力学性能而被研究者们广泛关注。该研究以Pasternak地基上FG-CNTRC梁为研究对象,基于不同高阶剪切变形理论,将一种具有插值特性的无网格法——稳定移动克里金插值(stabilized moving Kriging interpolation,SMKI)应用于求解Pasternak地基上FG-CNTRC梁的自由振动及屈曲问题。基于稳定移动克里金插值和不同高阶剪切变形理论给出FG-CNTRC梁的位移场,利用Hamilton原理和最小势能原理分别推导了Pasternak地基上FG-CNTRC梁的自由振动和屈曲控制方程。采用MATLAB软件编制了相关程序,将该研究解与解析解或文献解对比,证明了该方法在计算Pasternak地基上FG-CNTRC梁自由振动与屈曲的有效性及准确性。最后,还讨论了不同高阶剪切变形理论、地基系数、碳纳米管体积分数等对其自振频率和屈曲临界荷载的影响。 展开更多

关键词 功能梯度碳纳米管增强复合材料(FG-CNTRC)梁 稳定移动克里金插值(SMKI) 不同高阶剪切变形理论 PASTERNAK地基 自由振动 屈曲

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含几何缺陷旋转FG-CNTRC梁非线性自由振动分析

12

作者 林百川 覃健桂 莫新娣 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2024年第6期91-96,共6页

以含有初始几何缺陷的功能梯度碳纳米管增强旋转梁的非线性自由振动行为为对象开展研究。根据Euler–Bernoulli梁理论,引入von Kármán几何非线性假设,利用Hamilton原理,推导出系统的非线性偏微分控制方程。随后,采用Galerkin... 以含有初始几何缺陷的功能梯度碳纳米管增强旋转梁的非线性自由振动行为为对象开展研究。根据Euler–Bernoulli梁理论,引入von Kármán几何非线性假设,利用Hamilton原理,推导出系统的非线性偏微分控制方程。随后,采用Galerkin法,将控制方程转化为常微分方程,并利用变分迭代法,求得系统非线性频率的解析解。最后,通过数值结果,讨论材料属性、转速、轮毂半径和几何缺陷等因素对结构非线性频率的影响。 展开更多

关键词 振动与波 旋转梁 功能梯度碳纳米管增强复合材料 几何缺陷 变分迭代法 非线性频率

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随机FG-CNTRC结构的动力特性分析 被引量：2

13

作者 李琳 徐亚兰 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期140-146,共7页

为考查功能梯度碳纳米管增强复合材料结构中组分材料物理参数及组分分布随机性对结构固有频率的影响,采用高阶剪切变形理论及广义混合律建立了碳纳米管在不同排布方式下梁结构的有限元动力学模型;运用一阶摄动法引入随机变量参数,建立... 为考查功能梯度碳纳米管增强复合材料结构中组分材料物理参数及组分分布随机性对结构固有频率的影响,采用高阶剪切变形理论及广义混合律建立了碳纳米管在不同排布方式下梁结构的有限元动力学模型;运用一阶摄动法引入随机变量参数,建立了随机有限元模型,确定了结构固有频率数字特征与随机组分材料物理参数及组分分布数字特征之间的关系。结果表明,组分材料物理参数随机性对结构固有频率分散性的贡献远大于组分分布随机性的贡献;随着碳纳米管体积分数的增加,碳纳米管X型功能梯度排布下结构固有频率的分散性由衰减转为迅速增加,O型功能梯度排布下结构固有频率分散性仍处于衰减状态。 展开更多

关键词 功能梯度碳纳米管增强复合材料 一阶摄动法 随机变量 随机有限元 固有频率

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热环境中黏弹性基体上FG-CNTRC Kirchhoff板的自由振动特性分析

14

作者 吴栋 张大鹏 +1 位作者 于宝石 雷勇军 《国防科技大学学报》 2025年第3期194-202,共9页

FG-CNTRC凭借其卓越力学性能和可设计特性,在先进装备制造中展现出重要工程价值。围绕纳米增强相尺度效应对其增强结构力学响应影响机制的关键问题,结合非局部理论与Eshelby-Mori-Tanaka方法,构建了纳观-宏观跨尺度本构模型。基于碳纳米... FG-CNTRC凭借其卓越力学性能和可设计特性,在先进装备制造中展现出重要工程价值。围绕纳米增强相尺度效应对其增强结构力学响应影响机制的关键问题,结合非局部理论与Eshelby-Mori-Tanaka方法,构建了纳观-宏观跨尺度本构模型。基于碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)空间梯度分布的数学表征,考虑环境温度与visco-Pasternak基体的热-力耦合效应,通过Kirchhoff板理论和能量变分原理构建了纳米增强复合结构振动控制方程,求解了四边简支板的特征频率。分析了CNTs特征参数及热-力耦合效应对结构固有频率的作用机制。研究表明,本构模型能有效表征CNTs尺度效应对结构动刚度的弱化作用。该效应同时抑制基体弹性参数对刚度的增益效果,但显著提升温度变化的敏感性。同时,结构往复振动的临界体积分论文拓展数与基体阻尼参数呈正相关。 展开更多

关键词 非局部理论 Eshelby-Mori-Tanaka细观方法 碳纳米管增强复合材料 功能梯度板 visco-Pasternak基体

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