本文是作者所知的對非線性溫度多孔梯度石墨烯納米板增強復(fù)合材料(FG-GPLRC)圓柱板在移動分布載荷作用下的動態(tài)響應(yīng)進行的第一次探索。通過合理設(shè)計內(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動控制方程。此外，還實現(xiàn)了一個封閉形式的Navier解建立簡支邊緣結(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力響應(yīng)。參數(shù)分析結(jié)果表明，該模型能較好地預(yù)測溫度依賴性多孔FG-GPLRC圓柱板屈曲行為及瞬態(tài)動力響應(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載荷引起的響應(yīng)幅值，并且具有較短長度的移動分布載荷可以產(chǎn)生更高的響應(yīng)。
圖1. 受移動荷載作用的多孔GPL增強圓柱板示意圖。
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)計算強迫振動響應(yīng)。
圖4. 圓柱板非線性動力響應(yīng)的比較和驗證。
圖5. 不同分布荷載作用下板的動力響應(yīng)。
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圖6. TD對納米復(fù)合材料圓柱板非線性動力響應(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程。
圖8. 溫度升高對不同運動速度下FG-GPLRC多孔圓柱板最大無量綱跨中位移的影響。
圖9. 荷載長度對多孔FG-GPLRC圓柱板動力性能的影響。
圖10. 內(nèi)部孔隙對多孔FG-GPLRC圓柱板動態(tài)性能的影響。
圖11. 孔隙率系數(shù)對多孔FG-GPLRC圓柱板非線性動力響應(yīng)的影響。
圖12. GPLs對多孔FG-GPLRC圓柱板動力性能的影響。
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圖13. 不同運動速度下GPLs質(zhì)量分?jǐn)?shù)對多孔FG-GPLRC圓柱板無量綱最大跨中位移的影響。
圖14. 半徑R對不同運動速度下多孔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、機械結(jié)構(gòu)非線性振動與強度北京市重點實驗室、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
