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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
1
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》 北大核心 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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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
2
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 被引量：1
3
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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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：8
4
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板的自由振动分析 被引量：5
5
作者 罗东晖 黄友钦 杨振宝 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第26期10674-10682,共9页
通过Halpin-Tsai模型来预测功能梯度石墨烯纳米增强复合材料(functionally graded multilayer graphene nanoplatelets reinforced composite,FG-GPLRC)板的有效弹性模量,并根据混合律确定板的质量密度和泊松比。进一步基于一阶剪切变... 通过Halpin-Tsai模型来预测功能梯度石墨烯纳米增强复合材料(functionally graded multilayer graphene nanoplatelets reinforced composite,FG-GPLRC)板的有效弹性模量,并根据混合律确定板的质量密度和泊松比。进一步基于一阶剪切变形板理论和四边形四节点等参元建立用有限元方法求解计算的模型来分析该复合结构的自由振动特性,通过与文献结果对比验证了方法的有效性和可靠性。研究表明,在聚合物板中掺入少量(质量占比g=1%)石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets,GPLs)就可使板的自振频率提高1倍。选用表面积更大、厚度更薄的GPLs可更有效地增强聚合物板,且应尽量选用正方形的GPLs。而在板的顶层和底层掺入更多GPLs可提高增强效率,但该模式下参数变异性对动力特性的影响也较大。GPLs的弹性模量、质量密度对自振频率的影响大于基体材料的相应参数。固支边界时板的频率较高而一边固支三边自由时频率较低,而不同边界条件下各材料参数对自振频率的影响规律接近。 展开更多
关键词 功能梯度石墨烯增强复合板 自由振动 有限元方法 参数分析
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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：2
6
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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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
7
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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