本文是作者所知的對(duì)非線性溫度多孔梯度石墨烯納米板增強(qiáng)復(fù)合材料(FG-GPLRC)圓柱板在移動(dòng)分布載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行的第一次探索。通過合理設(shè)計(jì)內(nèi)部孔徑和GPL色散模式，可以獲得理想的多孔FG-GPLRC結(jié)構(gòu)。采用Halpin-Tsai細(xì)觀力學(xué)模型、擴(kuò)展混合規(guī)則和開孔金屬泡沫模型，引入等效熱-力學(xué)參數(shù)，建立了多孔FG - GPLRCs的溫度依賴動(dòng)力學(xué)模型。在一階剪切變形理論和標(biāo)準(zhǔn)拉格朗日方程的基礎(chǔ)上，借助von Kármán幾何非線性建立了納米復(fù)合材料柱狀板的非線性運(yùn)動(dòng)控制方程。此外，還實(shí)現(xiàn)了一個(gè)封閉形式的Navier解建立簡(jiǎn)支邊緣結(jié)構(gòu)模型。最后，使用Newmark直接積分法結(jié)合Newton-Raphson迭代法確定非線性動(dòng)力響應(yīng)。參數(shù)分析結(jié)果表明，該模型能較好地預(yù)測(cè)溫度依賴性多孔FG-GPLRC圓柱板屈曲行為及瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)。研究還發(fā)現(xiàn)，在面板的中表面附近分散更多的GPLs和制造更多的內(nèi)部孔隙可以大大降低移動(dòng)載荷引起的響應(yīng)幅值，并且具有較短長(zhǎng)度的移動(dòng)分布載荷可以產(chǎn)生更高的響應(yīng)。
圖1. 受移動(dòng)荷載作用的多孔GPL增強(qiáng)圓柱板示意圖。
圖2. 納米復(fù)合材料圓柱板在厚度方向上的孔隙分布和GPLs分散。
圖3. 采用不同的假設(shè)模態(tài)計(jì)算強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)。
圖4. 圓柱板非線性動(dòng)力響應(yīng)的比較和驗(yàn)證。
圖5. 不同分布荷載作用下板的動(dòng)力響應(yīng)。
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圖6. TD對(duì)納米復(fù)合材料圓柱板非線性動(dòng)力響應(yīng)的影響。
圖7. 不同溫度下多孔FG-GPLRC圓柱板無量綱跨中位移時(shí)程。
圖8. 溫度升高對(duì)不同運(yùn)動(dòng)速度下FG-GPLRC多孔圓柱板最大無量綱跨中位移的影響。
圖9. 荷載長(zhǎng)度對(duì)多孔FG-GPLRC圓柱板動(dòng)力性能的影響。
圖10. 內(nèi)部孔隙對(duì)多孔FG-GPLRC圓柱板動(dòng)態(tài)性能的影響。
圖11. 孔隙率系數(shù)對(duì)多孔FG-GPLRC圓柱板非線性動(dòng)力響應(yīng)的影響。
圖12. GPLs對(duì)多孔FG-GPLRC圓柱板動(dòng)力性能的影響。
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圖13. 不同運(yùn)動(dòng)速度下GPLs質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)多孔FG-GPLRC圓柱板無量綱最大跨中位移的影響。
圖14. 半徑R對(duì)不同運(yùn)動(dòng)速度下多孔FG-GPLRC圓柱板最大無量綱跨中位移的影響。
相關(guān)研究成果由北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部、機(jī)械結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)與強(qiáng)度北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣西大學(xué)力學(xué)系Wei Zhang等人于2023年發(fā)表在Thin-Walled Structures (https://doi.org/10.1016/j.tws.2023.111180 )上。原文：Nonlinear transient thermo-mechanical responses of porous graphene platelet-reinforced cylindrical panels under moving distributed loads
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
