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合材料(FG-GPLRC)圓柱板在移動分布載荷作用下的動態(tài)響應進行的第一次探索。通過合理設計內(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細觀力學模型、擴展混合規(guī)則和開孔金屬泡沫模型，引入等效熱-力學參數(shù)，建立了多孔FG - GPLRCs的溫度依賴動力學模型。在一階剪切變形理論和標準拉格朗日方程的基礎上，借助von Kármán幾何非線性建立了納米復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。參數(shù)分析結(jié)果表明，該模型能較好地預測溫度依賴性多孔FG-GPLRC圓柱板屈曲行為及瞬態(tài)動力響應。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。
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. 采用不同的假設模態(tài)計算強迫振動響應。
圖4. 圓柱板非線性動力響應的比較和驗證。
圖5. 不同分布荷載作用下板的動力響應。
.png)
圖6. TD對納米復合材料圓柱板非線性動力響應的影響。
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的影響。
圖12. GPLs對多孔FG-GPLRC圓柱板動力性能的影響。
.png)
圖13. 不同運動速度下GPLs質(zhì)量分數(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。
相關研究成果由北京工業(yè)大學材料與制造學部、機械結(jié)構(gòu)非線性振動與強度北京市重點實驗室、廣西大學力學系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
