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High-thermal free vibration analysis of functionally graded microplates using a new finite element formulation based on TSDT and MSCT
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作者 Huu Trong Dang Nhan Thinh Hoang +2 位作者 Quoc Hoa Pham Trung Thanh Tran Huy Gia Luong 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第2期131-149,共19页
Recent advancements in additive manufacturing(AM)have revolutionized the design and production of complex engineering microstructures.Despite these advancements,their mathematical modeling and computational analysis r... Recent advancements in additive manufacturing(AM)have revolutionized the design and production of complex engineering microstructures.Despite these advancements,their mathematical modeling and computational analysis remain significant challenges.This research aims to develop an effective computational method for analyzing the free vibration of functionally graded(FG)microplates under high temperatures while resting on a Pasternak foundation(PF).This formulation leverages a new thirdorder shear deformation theory(new TSDT)for improved accuracy without requiring shear correction factors.Additionally,the modified couple stress theory(MCST)is incorporated to account for sizedependent effects in microplates.The PF is characterized by two parameters including spring stiffness(k_(w))and shear layer stiffness(k_(s)).To validate the proposed method,the results obtained are compared with those of the existing literature.Furthermore,numerical examples explore the influence of various factors on the high-temperature free vibration of FG microplates.These factors include the length scale parameter(l),geometric dimensions,material properties,and the presence of the elastic foundation.The findings significantly enhance our comprehension of the free vibration of FG microplates in high thermal environments.In addition,the findings significantly enhance our comprehension of the free vibration of FG microplates in high thermal environments.In addition,the results of this research will have great potential in military and defense applications such as components of submarines,fighter aircraft,and missiles. 展开更多
关键词 Microplates functionally graded material Finite element method Modified couple stress theory New TSDT High-thermal free vibration Pasternak foundation
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Effect of different geometrical non-uniformities on nonlinear vibration of porous functionally graded skew plates: A finite element study
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作者 H.S.Naveen Kumar Subhaschandra Kattimani 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第6期918-936,共19页
This article presents the investigation of nonlinear vibration analysis of tapered porous functionally graded skew(TPFGS)plate considering the effects of geometrical non-uniformities to optimize the thickness in the s... This article presents the investigation of nonlinear vibration analysis of tapered porous functionally graded skew(TPFGS)plate considering the effects of geometrical non-uniformities to optimize the thickness in the structural design.The TPFGS plate is analyzed considering linearly,bi-linearly,and exponentially varying thicknesses.The plate’s effective material properties are tailor-made using a modified power-law distribution in which gradation varies along the thickness direction of the TPFGS plate.Incorporating the non-linear finite element formulation to develop the kinematic equation’s displacement model for the TPFGS plate is based on the first-order shear deformation theory(FSDT)in conjunction with von Karman’s nonlinearity.The nonlinear governing equations are established by Hamilton’s principle.The direct iterative method is adopted to solve the nonlinear mathematical relations to obtain the nonlinear frequencies.The influence of the porosity distributions and porosity parameter indices on the nonlinear frequency responses of the TPFGS plate for different skew angles and variable thicknesses are studied for various geometrical parameters.The influence of taper ratio,variable thickness,skewness,porosity distributions,gradation,and boundary conditions on the plate’s nonlinear vibration is demonstrated.The nonlinear frequency analysis reveals that the geometrical nonuniformities and porosities significantly influence the porous functionally graded plates with varying thickness than the uniform thickness.Besides,exponentially and linearly variable thicknesses can be considered for the thickness optimizations of TPFGS plates in the structural design. 展开更多
关键词 functionally graded material Shear deformation theory Porosity distributions Variable thickness Geometrical skewness Nonlinear free vibration
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An isogeometric approach for vibration characteristics analysis of functionally graded triply periodic minimal sandwich curved-doubly shell integrated with magneto-electro surface layers subjected to lowvelocity impact load
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作者 Le Hoai Pham Hoang Tu +1 位作者 Van Ke Tran Nguyen Thi Hue 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第8期101-125,共25页
In this paper,the isogeometric analysis(IGA)method is employed to analyze the oscillation characteristics of functionally graded triply periodic minimal surface(FG-TPMS)curved-doubly shells integrated with magneto-ele... In this paper,the isogeometric analysis(IGA)method is employed to analyze the oscillation characteristics of functionally graded triply periodic minimal surface(FG-TPMS)curved-doubly shells integrated with magneto-electric surface layers(referred to as"FG-TPMS-MEE curved-doubly shells")subjected to low-velocity impact loads.This study presents low-velocity impact load model based on a single springmass(S-M)approach.The FG-TPMS-MEE curved-doubly shells are covered with two magneto-electric surface layers,while the core layer consists of three types:I-graph and Wrapped Package-graph(IWP),Gyroid(G),and Primitive(P),with various graded functions.These types are notable for their exceptional stiffness-to-weight ratios,enabling a wide range of potential applications.The Maxwell equations and electromagnetic boundary conditions are applied to compute the change in electric potentials and magnetic potentials.The equilibrium equations of the shell are derived from a refined higher-order shear deformation theory(HSDT),and the transient responses of the FG-TPMS-MEE curveddoubly shells are subsequently determined using Newmark's direct integration method.These results have applications in structural vibration control and the analysis of structures subjected to impact or explosive loads.Furthermore,this study provides a theoretical prediction of the low-velocity impact load and magneto-electric-elastic effects on the free vibration and transient response of FG-TPMS-MEE curved-doubly shells. 展开更多
关键词 IGA approach free vibration and transient response Magneto-electro-elastic curved-doubly shell Low-velocity impact load functionally graded triply periodic minimal
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Higher-order electroelastic modelling of piezoelectric cylindrical nanoshell on elastic matrix
4
作者 Xiao-ping Huang Peng-fei Hu Mohammad Arefi 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第5期781-796,共16页
This paper develops electro-elastic relations of functionally graded cylindrical nanoshell integrated with intelligent layers subjected to multi-physics loads resting on elastic foundation.The piezoelectric layers are... This paper develops electro-elastic relations of functionally graded cylindrical nanoshell integrated with intelligent layers subjected to multi-physics loads resting on elastic foundation.The piezoelectric layers are actuated with external applied voltage.The nanocore is assumed in-homogeneous in which the material properties are changed continuously and gradually along radial direction.Third-order shear deformation theory is used for the description of kinematic relations and electric potential distribution is assumed as combination of a linear function along thickness direction to show applied voltage and a longitudinal distribution.Electro-elastic size-dependent constitutive relations are developed based on nonlocal elasticity theory and generalized Hooke’s law.The principle of virtual work is used to derive governing equations in terms of four functions along the axial and the radial directions and longitudinal electric potential function.The numerical results including radial and longitudinal displacements are presented in terms of basic input parameters of the integrated cylindrical nanoshell such as initial electric potential,small scale parameter,length to radius ratio and two parameters of foundation.It is concluded that both displacements are increased with an increase in small-scale parameter and a decrease in applied electric potential. 展开更多
关键词 Higher-order shear deformation theory Electro-elastic bending functionally graded materials Size-dependent analysis Nonlocal parameter cylindrical nano shell
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基于ANCF的功能梯度薄椭圆柱壳的自由振动分析
5
作者 范博 王忠民 侯思谦 《应用力学学报》 北大核心 2025年第3期629-638,共10页
基于绝对节点坐标(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)法研究了功能梯度薄椭圆柱壳的自由振动特性。采用三阶Bézier曲线拟合技术,对ANCF矩形壳单元初始周向切矢量和周向弧长进行了计算,从而避免了椭圆积分计算,增加了拟... 基于绝对节点坐标(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)法研究了功能梯度薄椭圆柱壳的自由振动特性。采用三阶Bézier曲线拟合技术,对ANCF矩形壳单元初始周向切矢量和周向弧长进行了计算,从而避免了椭圆积分计算,增加了拟合精度。从动能表达式和格林应变张量与绝对位移的函数关系出发,推导了功能梯度薄椭圆柱壳单元的广义质量矩阵、广义弹性力列阵和广义刚度矩阵。利用达朗贝尔原理,建立了其非线性动力学微分方程组。在系统的平衡位置处,通过引入广义坐标的微小变化量,建立了功能梯度薄椭圆柱壳的线性运动微分方程方程组。通过数值计算,分析了梯度指标、椭圆截面偏心率及长径比对两端简支功能梯度薄椭圆柱壳固有频率的影响。结果表明,材料的弹性模量比、密度比和梯度指标对固有频率有着明显的影响;不锈钢-氧化铝壳的各阶固有频率(周向波数为1~3)随长径比的增大而减小;周向波数为1对应的固有频率随偏心率的增大而增大,且长径比是影响固有频率变化的主要因素。 展开更多
关键词 绝对节点坐标法 功能梯度材料 薄椭圆柱壳 振动特性
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功能梯度多层石墨烯片增强复合材料梁的非线性自由振动
6
作者 吕颖 张静 李联和 《应用力学学报》 北大核心 2025年第2期415-424,共10页
为了研究非线性弹性基础上功能梯度多层石墨烯片增强复合材料(graphene platelets reinforced composite,GPLRC)梁在轴向力和温度场共同作用下的非线性自由振动问题。基于虚功原理,采用一阶剪切变形梁理论和冯卡门非线性应变位移关系,... 为了研究非线性弹性基础上功能梯度多层石墨烯片增强复合材料(graphene platelets reinforced composite,GPLRC)梁在轴向力和温度场共同作用下的非线性自由振动问题。基于虚功原理,采用一阶剪切变形梁理论和冯卡门非线性应变位移关系,建立了梁的非线性控制方程,并将3个方程简化为2个关于挠度和转角的非线性方程,利用二次摄动法进行离散,得到各阶摄动方程,逐阶求出渐进解,获得两端简支边界条件下频率的表达式。通过参数分析,探究了石墨烯片(graphene platelets,GPLs)的分布模式、几何形状、重量分数,以及弹性基础刚度参数、温度和轴向力对非线性自由振动的影响。计算结果表明:GPL质量分数越高增强效果越明显,采用GPL表面积更大、单层GPL较少、靠近顶部和底部的位置添加更多的GPL、增大线性弹性基础刚度都可以使固有频率增大,从而使梁的非线性与线性频率之比减小。非线性弹性基础刚度增大、温度升高和轴向压力增大会使非线性与线性频率之比增大。 展开更多
关键词 非线性自由振动 二次摄动法 石墨烯片 功能梯度材料
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压电智能功能梯度材料圆柱壳自由振动的谱-切比雪夫解法
7
作者 高先松 钟锐 +2 位作者 王青山 刘新想 徐海良 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第4期787-796,共10页
针对压电智能结构,现有振动建模方法受限结构边界条件以及存在计算成本过高的问题,本文采用了谱-切比雪夫方法,实现了其在一般边界条件下的精确快速求解。在一阶剪切变形理论与压电本构方程的理论框架下,利用谱-切比雪夫方法,结合边界... 针对压电智能结构,现有振动建模方法受限结构边界条件以及存在计算成本过高的问题,本文采用了谱-切比雪夫方法,实现了其在一般边界条件下的精确快速求解。在一阶剪切变形理论与压电本构方程的理论框架下,利用谱-切比雪夫方法,结合边界弹簧技术,建立起压电智能功能梯度材料圆柱壳结构的模型。通过与有限元结果对比,验证求解的快速收敛性以及分析模型的精确性。研究表明:在截断数为20条件下可将计算误差控制在0.8%左右,得到了结构自由振动特性随材料、边界、及几何尺寸的变换规律。本文可以为工程壳体结构的有关振动主动控制研究,提供一套快速且精确的建模方法以及设计经验。 展开更多
关键词 谱-切比雪夫法 压电结构 人工弹簧技术 功能梯度壳 功能梯度材料 一阶剪切变形理论 HAMILTON原理 自由振动
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石墨烯片增强功能梯度圆柱壳自由振动的解析解
8
作者 张靖华 刘港 《计算力学学报》 北大核心 2025年第2期162-168,204,共8页
采用解析法研究石墨烯片(GPL)增强功能梯度圆柱壳的自由振动。首先基于经典壳理论和Hamilton原理推导建立该圆柱壳振动的控制微分方程,其中石墨烯增强复合材料的等效弹性模量由修正的哈尔平-蔡模型计算,等效密度和泊松比根据混合率准则... 采用解析法研究石墨烯片(GPL)增强功能梯度圆柱壳的自由振动。首先基于经典壳理论和Hamilton原理推导建立该圆柱壳振动的控制微分方程,其中石墨烯增强复合材料的等效弹性模量由修正的哈尔平-蔡模型计算,等效密度和泊松比根据混合率准则确定。其次,采用Naiver法求解获得固有频率的解析解,并给出解析表达式的数值结果,定量分析石墨烯片的分布模式、含量、尺寸等参数以及圆柱壳的几何参数等对固有频率的影响。研究表明,圆柱壳内外表面填充较多石墨烯片能极大地提高壳的刚度,表面积更大、厚度更薄的石墨烯片增强效果更好,从而使基频增大;并通过调节石墨烯片的各项微观参数能主动改变复合材料壳的自振频率。 展开更多
关键词 石墨烯片增强 功能梯度圆柱壳 自由振动 固有频率 解析解
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三维夹层圆柱壳平稳随机响应分析
9
作者 孟硕 钟锐 王青山 《振动工程学报》 北大核心 2025年第7期1414-1421,共8页
基于三维弹性理论,利用统一级数法与虚拟激励法(PEM)建立了三维夹层圆柱壳平稳随机响应模型。根据夹层材料的层间特性差异划分圆柱壳子域,并利用三维弹性理论结合虚拟激励法建立各子域的动能、应变能、边界势能及平稳随机激励功。通过... 基于三维弹性理论,利用统一级数法与虚拟激励法(PEM)建立了三维夹层圆柱壳平稳随机响应模型。根据夹层材料的层间特性差异划分圆柱壳子域,并利用三维弹性理论结合虚拟激励法建立各子域的动能、应变能、边界势能及平稳随机激励功。通过耦合罚函数法将分层子域间的力学协调条件转化为耦合条件能量,进而叠加各子域能量获得夹层圆柱壳的整体能量泛函。使用统一的级数表达式构建各子域的位移分量,并结合瑞利-里兹法求解获得三维夹层圆柱壳结构的随机响应。通过与现有文献和有限元结果的对比,验证了随机响应模型的正确性。最后分析了厚径比、层合-功能梯度夹层材料的铺设角及幂律指数对三维夹层圆柱壳随机响应的影响。 展开更多
关键词 随机振动 层合-功能梯度夹层材料 三维圆柱壳 统一级数法 虚拟激励法
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弹性支撑功能梯度微圆柱壳模态频率的研究
10
作者 吕志鹏 刘文光 刘超 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期216-224,共9页
在建立弹性支撑功能梯度薄壁微圆柱壳模型的基础上,基于修正的偶应力理论和一阶剪切变形理论,推导了微圆柱壳的模态频率方程,讨论了弹性支撑、尺寸效应、温度梯度、材料组分指数、孔隙以及几何尺寸等参数对微圆柱壳模态频率的影响。结... 在建立弹性支撑功能梯度薄壁微圆柱壳模型的基础上,基于修正的偶应力理论和一阶剪切变形理论,推导了微圆柱壳的模态频率方程,讨论了弹性支撑、尺寸效应、温度梯度、材料组分指数、孔隙以及几何尺寸等参数对微圆柱壳模态频率的影响。结果表明:微尺度下,弹性刚度系数在0~105N/m^(3)范围内对微圆柱壳的模态频率基本无影响,剪切刚度系数在0~5×10^(4)N/m范围内对模态频率的影响较大,且增大剪切刚度系数有益于提高微圆柱壳的模态频率;由修正的偶应力理论得到的模态频率大于由经典连续体理论得到的模态频率;在弹性支撑和尺寸效应有无考虑的4种组合下,模态频率随温度梯度和微圆柱壳长度的增大而减小,随陶瓷体积分数指数的增大而增大,随孔隙体积分数和微圆柱壳厚度的变化规律不同;温度梯度对考虑尺寸效应或弹性基础的微圆柱壳模态频率影响较大,而孔隙调节具弹性支撑微圆柱壳的模态频率尤其显著。 展开更多
关键词 热环境 弹性支撑 功能梯度材料 微圆柱壳 模态频率
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温度场下功能梯度圆锥壳-环板振动特性分析 被引量:3
11
作者 左朋 石先杰 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期709-716,共8页
针对功能梯度圆锥壳-环板组合结构振动问题,本文采用一阶剪切变形理论和Rayleigh-Ritz法分析了温度场下组合结构的振动特性。组合结构位移变量采用谱几何法来表征,考虑材料参数与温度相关并引入人工边界弹簧建立了组合结构振动特性分析... 针对功能梯度圆锥壳-环板组合结构振动问题,本文采用一阶剪切变形理论和Rayleigh-Ritz法分析了温度场下组合结构的振动特性。组合结构位移变量采用谱几何法来表征,考虑材料参数与温度相关并引入人工边界弹簧建立了组合结构振动特性分析模型。数值算例中,通过将文中求解结果与文献解和有限元法结果进行对比验证了模型的正确性,进而分析尺寸、材料、温度和连接位置等参数对结构振动特性的影响。研究结果表明:组合结构基频随厚度增加而增加,随着幂律指数、半顶角和温度场参数增加而降低,随环板内径和连接位置变化会呈现非单一变化趋势。 展开更多
关键词 谱几何法 温度场 功能梯度结构 圆锥壳-环板组合结构 自由振动 一阶剪切变形理论 边界弹簧 结构基频
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基于高阶剪切变形理论的功能梯度板自由振动分析简化模型 被引量:2
12
作者 王壮壮 王腾 +1 位作者 丁艳梅 马连生 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期384-393,共10页
基于高阶剪切变形理论提出了一种功能梯度板自由振动分析的简化模型,该简化模型最显著的特点是适用于功能梯度板的振动分析,且不需要剪切修正。相比于其他具有更多未知变量的剪切变形理论,本文提出的简化模型只包含一个控制方程,极大地... 基于高阶剪切变形理论提出了一种功能梯度板自由振动分析的简化模型,该简化模型最显著的特点是适用于功能梯度板的振动分析,且不需要剪切修正。相比于其他具有更多未知变量的剪切变形理论,本文提出的简化模型只包含一个控制方程,极大地减少了计算量。基于该简化模型研究了功能梯度矩形板在简支边界条件下的自由振动,并与其他已有文献进行了比较。结果表明,本文提出的简化模型在分析功能梯度板的自由振动行为时简单且精确。此外,文中还通过多个数值算例分析讨论了不同的梯度指数、长宽比和边厚比对功能梯度板自由振动行为的影响。 展开更多
关键词 自由振动 功能梯度材料 简化模型 精化板理论 固有频率
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任意边界条件下旋转功能梯度锥-柱连接壳行波模态分析 被引量:1
13
作者 张宇航 刘文光 刘超 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期154-168,共15页
连接壳结构广泛应用于船舶推进系统中,其边界条件复杂,而且在旋转运动下会产生行波模态,对推进器的动力学性能具有重要影响。为了推进功能梯度材料在船舶海洋工程中的应用,本文通过弹簧模拟壳体结构的边界条件,建立旋转功能梯度锥-柱连... 连接壳结构广泛应用于船舶推进系统中,其边界条件复杂,而且在旋转运动下会产生行波模态,对推进器的动力学性能具有重要影响。为了推进功能梯度材料在船舶海洋工程中的应用,本文通过弹簧模拟壳体结构的边界条件,建立旋转功能梯度锥-柱连接壳的动力学模型,探讨旋转功能梯度锥-柱连接壳的行波模态特性。基于Love薄壳理论,运用弹簧模拟结构两端的边界条件以及圆锥壳和圆柱壳连接界面的连续性条件,推导考虑旋转运动引发的科氏力和离心力的功能梯度连接壳能量方程;以Chebyshev多项式为基底构造位移函数,建立旋转功能梯度连接壳的模态频率方程;利用Rayleigh-Ritz法求解连接壳的行波模态频率;通过收敛性分析确定边界弹簧和接触弹簧的刚度取值范围以及Chebyshev多项式所需要展开的项数;分析环向波数、陶瓷体积分数指数、圆锥角、转速以及任意边界对行波模态频率的影响。结果表明:旋转转速越大,连接壳的前后行波分叉行为越明显;轴向弹簧刚度对行波模态频率影响最大;相比于传统的能量法,采用弹簧模拟边界提高了计算效率,而且连接壳在弹性边界下的行波特性变化较大,说明了采用弹簧模拟任意边界的必要性。 展开更多
关键词 功能梯度材料 锥-柱连接壳 旋转运动 任意边界 CHEBYSHEV多项式 行波模态
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含裂纹缺陷的预扭壳结构非线性振动特性研究
14
作者 仲赛凤 靳国永 +1 位作者 何涛 叶天贵 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期937-944,共8页
基于扩展等几何方法和一阶壳体剪切变形理论建立了含裂纹缺陷的功能梯度预扭壳结构的非线性振动控制方程。控制方程中考虑了预扭壳结构的预扭角度及几何非线性,应用扩展等几何方法,采用反映位移变化的富集函数来描述裂纹的位置及长度,... 基于扩展等几何方法和一阶壳体剪切变形理论建立了含裂纹缺陷的功能梯度预扭壳结构的非线性振动控制方程。控制方程中考虑了预扭壳结构的预扭角度及几何非线性,应用扩展等几何方法,采用反映位移变化的富集函数来描述裂纹的位置及长度,一方面可以提高计算精度,另一方面可以避免在裂纹处的网格加密,提高计算效率。采用了直接迭代法求解非线性振动控制方程。通过与现有文献结果对比,证明了本文方法的正确性和稳定性。在此基础上,探究裂纹对功能梯度预扭壳结构非线性振动频率的影响,研究了预扭角度、裂纹位置及长度和材料的功能梯度指数等参数对预扭壳非线性振动特性的影响规律。 展开更多
关键词 非线性振动 功能梯度材料 裂纹预扭壳结构 扩展等几何方法 一阶壳体剪切变形理论
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弹性地基上非对称多孔功能梯度材料夹层板的自由振动 被引量:2
15
作者 黄志诚 韩梦娜 +1 位作者 王兴国 褚福磊 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期156-163,共8页
基于精细剪切变形理论研究了弹性地基上的非对称孔隙功能梯度材料(functionally graded material, FGM)夹层板的自由振动。结合该理论提出了一种新的非对称多孔FGM夹层板在弹性地基上的自由振动模型,且该模型只包含四个未知变量。控制... 基于精细剪切变形理论研究了弹性地基上的非对称孔隙功能梯度材料(functionally graded material, FGM)夹层板的自由振动。结合该理论提出了一种新的非对称多孔FGM夹层板在弹性地基上的自由振动模型,且该模型只包含四个未知变量。控制方程是通过Hamilton原理建立的,并通过Navier法获得了其在四边简支下的固有频率。将模型退化为无弹性地基的非对称FGM夹层板以验证模型的准确性。最后详细讨论了参数变化对弹性地基上的非对称多孔FGM夹层板的自由振动行为的影响。研究发现,在不同的弹性系数下,非对称多孔FGM夹层板的固有频率会随着边厚比的增加而增加,而体积分数指数的增加对于不同弹性系数下的非对称多孔FGM夹层板的固有频率有不一样的变化。 展开更多
关键词 孔隙功能梯度材料(FGM) 夹层板 弹性地基 自由振动 固有频率
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双参数弹性基功能梯度圆柱管自由振动的高阶梁理论解
16
作者 马维力 崔辉如 +3 位作者 申柳雷 王诗琦 彭帆 李显方 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期86-95,共10页
基于高阶剪切变形梁理论,推导了Winkler-Pasternak弹性基径向功能梯度空心圆柱管自由振动行为的控制方程。该方法无须引入剪切修正系数,自动满足空心圆柱管内外表面剪应力自由边界条件。通过引入辅助函数,将关于挠度和转角的耦合控制方... 基于高阶剪切变形梁理论,推导了Winkler-Pasternak弹性基径向功能梯度空心圆柱管自由振动行为的控制方程。该方法无须引入剪切修正系数,自动满足空心圆柱管内外表面剪应力自由边界条件。通过引入辅助函数,将关于挠度和转角的耦合控制方程化为单一高阶微分控制方程。给出了典型边界条件下功能梯度空心圆柱管的频率和振型。将计算结果与已有文献结果对比,验证了所提理论的精度。可以为工程中常见的Winkler-Pasternak弹性基梁结构提供更高精度的一维弹性理论解,研究结果表明,功能梯度材料的梯度参数和弹性地基刚度系数对固有频率值影响显著。与高阶固有频率相比,刚度系数对低阶固有频率的影响更加明显。 展开更多
关键词 自由振动 功能梯度材料 空心圆柱管 Winkler-Pasternak弹性基 高阶剪切变形梁理论
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基于改进傅里叶级数方法的旋转功能梯度圆柱壳振动特性分析 被引量:13
17
作者 李文达 杜敬涛 +1 位作者 杨铁军 刘志刚 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期388-393,共6页
通过在功能梯度圆柱壳结构两端引入轴向、环向、径向和径向旋转四组约束弹簧刚度,统一考虑了的弹性约束边界条件,将功能梯度材料特性表示成沿壳体厚度方向的连续性变化,根据Love薄壳理论,采用改进傅里叶级数方法和Rayleigh-Ritz法相结合... 通过在功能梯度圆柱壳结构两端引入轴向、环向、径向和径向旋转四组约束弹簧刚度,统一考虑了的弹性约束边界条件,将功能梯度材料特性表示成沿壳体厚度方向的连续性变化,根据Love薄壳理论,采用改进傅里叶级数方法和Rayleigh-Ritz法相结合,推导得到旋转功能梯度圆柱壳自由振动的频率计算方程。通过计算分析,模拟了任意边界条件,研究了弹性边界约束对旋转功能梯度圆柱壳结构自由振动频率的影响。结果表明:边界约束刚度对于功能梯度圆柱壳结构固有频率敏感影响区域不同,径向弹性约束对频率影响较明显,环向弹性约束其次,轴向弹性约束对频率影响较小,而径向旋转弹性约束对频率几乎无影响。 展开更多
关键词 旋转功能梯度圆柱壳 弹性边界约束 傅里叶级数 自由振动 频率参数
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功能梯度材料圆柱壳的振动特性研究 被引量:14
18
作者 梁斌 李戎 +1 位作者 张伟 徐红玉 《船舶力学》 EI 北大核心 2011年第1期109-117,共9页
研究了具有指数型体积分数的功能梯度材料圆柱壳自由振动的固有频率。根据Love薄壳理论,确定功能梯度材料圆柱壳的内力、位移、应变和曲率的关系式;利用Rayleigh-Ritz方法建立了功能梯度材料圆柱壳自由振动固有频率的特征方程,推导出一... 研究了具有指数型体积分数的功能梯度材料圆柱壳自由振动的固有频率。根据Love薄壳理论,确定功能梯度材料圆柱壳的内力、位移、应变和曲率的关系式;利用Rayleigh-Ritz方法建立了功能梯度材料圆柱壳自由振动固有频率的特征方程,推导出一端固定一端自由、两端简支两种基本边界条件下的固有频率参数表达式。最后通过两类材料组分的算例,分析了材料组分、体积分数、边界条件以及几何尺寸等因素对功能梯度材料圆柱壳的固有频率的影响。研究表明,构成功能梯度材料的材料组分对FG圆柱壳的频率特征有着明显的影响,体积分数所产生的影响则相对有限;而不同边界条件对FG圆柱壳固有频率的影响主要表现在壳体长度与半径比较小和周向波数较小的情况下。 展开更多
关键词 功能梯度材料 圆柱壳 固有频率 体积分数 Love理论 Rayleigh-Ritz法
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温度梯度下功能梯度材料圆柱壳的热屈曲 被引量:9
19
作者 黄怀纬 韩强 +1 位作者 冯能文 樊学军 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期101-106,共6页
采用能量法研究了不同温度梯度下功能梯度材料圆柱壳的热屈曲行为.屈曲临界条件由里兹法得到;由于材料属性和温度的耦合效应,临界温升通过迭代算法求得.讨论了两种温度梯度形式以及物性温度相关性对临界温升的影响.数值结果表明:功能梯... 采用能量法研究了不同温度梯度下功能梯度材料圆柱壳的热屈曲行为.屈曲临界条件由里兹法得到;由于材料属性和温度的耦合效应,临界温升通过迭代算法求得.讨论了两种温度梯度形式以及物性温度相关性对临界温升的影响.数值结果表明:功能梯度材料的组分参数只在一定小范围内对临界温升有显著影响,而结构尺寸参数对其影响较大;在功能梯度材料圆柱壳热屈曲分析中必须考虑物性温度相关性,否则将高估临界温升;若采用抛物型温度场来代替实际的热传导温度场,临界温升在陶瓷含量较多且壳厚较小的情况下,将可能被低估,而在金属含量较多且壳厚较大的情况下,却可能被高估. 展开更多
关键词 功能梯度材料 圆柱壳 热屈曲 物性温度相关性 温度梯度
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正交各向异性功能梯度圆柱壳的自由振动 被引量:8
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作者 边祖光 陈伟球 丁皓江 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第3期75-78,共4页
利用从弹性力学的三维基本方程导得的状态方程 ,结合层合近似模型 ,求得了柱型正交各向异性功能梯度圆柱壳的自由振动频率 ,给出了数值算例 ,并与前人结果作了比较 。
关键词 功能梯度材料 圆柱壳 自由振动
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