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考虑横向剪切变形碳纳米管增强截锥壳非线性受迫振动

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长沙理工大学学报(自然科学版) 2024年

作者：彭雄风陈得良长沙理工大学土木工程学院

【目的】本文研究边界条件、横向剪切变形、碳纳米管分布方式、结构尺寸等参数对功能梯度碳纳米管增强复合材料截锥壳主共振幅频响应曲线的影响。【方法】首先基于一阶剪切变形理论和von Kármán几何非线性并利用Ressiner变分原理推导... 详细信息

【目的】本文研究边界条件、横向剪切变形、碳纳米管分布方式、结构尺寸等参数对功能梯度碳纳米管增强复合材料截锥壳主共振幅频响应曲线的影响。【方法】首先基于一阶剪切变形理论和von Kármán几何非线性并利用Ressiner变分原理推导了截锥壳的非线性运动平衡方程，然后采用伽辽金分离变量法得到了功能梯度碳纳米管增强复合材料截锥壳的非线性常微分方程组，最后采用多尺度法进行求解。【结果】数值结果表明，碳纳米管在合适分布下幅频响应曲线的最大幅值最多可减小16.7%，通过提升碳纳米管体积分数、减小半顶角、减小长厚比，幅频响应曲线的最大幅值分别最多可减小27.6%、30.7%、151.70%，且当截锥壳的长度与厚度比值L/h较大时，即可忽略横向剪切变形效应对功能梯度碳纳米管增强复合材料截锥壳主共振幅频响应曲线的影响。【结论】选择合适的边界条件、碳纳米管体积分数、碳纳米管分布方式、结构尺寸等参数可有效提高功能梯度碳纳米管增强复合材料截锥壳的稳定性，在中厚壳情况下，对功能梯度碳纳米管增强复合材料截锥壳主共振幅频响应曲线的计算需考虑横向剪切变形效应的影响。

关键词：截锥壳功能梯度碳纳米管增强复合材料几何非线性受迫振动

Winkler弹性介质中多孔功能梯度材料截锥壳的弯曲

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材料研究与应用 2024年第3期18卷 502-508页

作者：郑亮冯立志王佳恒桂林韶兴电力科技有限公司广西桂林541202 桂林电子科技大学建筑与交通工程学院广西桂林541004

弹性介质中板壳结构的力学特性研究,大都假设结构体在变形过程中始终与介质紧密接触。为研究可脱离的Winkler弹性介质中含孔隙功能梯度材料截锥壳在环向荷载作用下的弯曲问题,以陶瓷材料质量分数、体积指数和孔隙率为控制参数,根据混合... 详细信息

弹性介质中板壳结构的力学特性研究,大都假设结构体在变形过程中始终与介质紧密接触。为研究可脱离的Winkler弹性介质中含孔隙功能梯度材料截锥壳在环向荷载作用下的弯曲问题,以陶瓷材料质量分数、体积指数和孔隙率为控制参数,根据混合律计算含均匀孔隙功能梯度材料的物性参数。基于Donnell经典薄壳理论和Hamilton原理,建立Winkler弹性介质和环向荷载共同作用下截锥壳的平衡方程和变形协调方程。考虑锥壳两端简支边界条件,采用Galerkin积分法求解得到截锥壳弯曲挠度的解析解。研究在弹性介质与壳体接触和脱离两种情况下,孔隙率、功能梯度材料组成和截锥壳尺寸等因素对壳体挠度值的影响。结果表明,截锥壳挠度值随着孔隙率、体积指数、壳体长径比、径厚比和半锥角的增大而增大,随着陶瓷质量分数的增大而减小。截锥壳与Winkler弹性介质接触时的挠度值比脱离时小,这是因弹性介质对壳体有一定的反作用力。在截锥壳母线方向上,其中部的挠度值较大,而由中部到两端的挠度值逐渐减小;在截锥壳环向方向上,其挠度值呈现周期变化。分析多孔FGM截锥壳在弹性介质和环向荷载作用下的弯曲问题,为FGM截锥壳在工程领域中的应用提供了理论基础。

关键词：弹性介质功能梯度材料孔隙截锥壳弯曲 Donnell理论 Galerkin积分法结构刚度

多孔碳纳米管增强复合材料截锥壳的振动和屈曲研究

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河南理工大学学报（自然科学版） 2023年第6期42卷 182-188页

作者：黄小林张燕宁韦能国李粮杰桂林电子科技大学建筑与交通工程学院广西桂林541004

为解决含孔隙碳纳米管增强复合材料截锥壳的振动和屈曲问题,基于改进的多孔复合材料物性参数模型,建立该类截锥壳的运动方程,并采用伽辽金积分法求解。通过数值算例研究孔隙、碳纳米管和半锥角等参数对其振动频率和屈曲临界荷载的影响,... 详细信息

为解决含孔隙碳纳米管增强复合材料截锥壳的振动和屈曲问题,基于改进的多孔复合材料物性参数模型,建立该类截锥壳的运动方程,并采用伽辽金积分法求解。通过数值算例研究孔隙、碳纳米管和半锥角等参数对其振动频率和屈曲临界荷载的影响,结果表明,振动频率和屈曲临界荷载随孔隙系数增大而减小,随碳纳米管体积分数增大而显著提高。与振动频率相比,屈曲临界荷载对孔隙的变化更为敏感。可见,碳纳米管显著提高了材料的强度和刚度。此外,孔隙对截锥壳振动和屈曲特性的影响不可忽略。

关键词：碳纳米管孔隙截锥壳自由振动屈曲伽辽金法

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含孔隙功能梯度材料截锥壳的动力稳定性研究

河南理工大学学报（自然科学版） 2023年第2期42卷 153-159页

作者：黄小林刘思奇张燕宁吴迪桂林电子科技大学建筑与交通工程学院广西桂林541004

为研究含孔隙功能梯度材料截锥壳的动力稳定性,用改进的混合律计算壳体的有效物性参数。基于经典薄壳理论建立含孔隙功能梯度材料截锥壳在轴向周期荷载作用下的动力稳定方程,并用Galerkin法和Bolotin法计算简支边界下的动力稳定区域。... 详细信息

为研究含孔隙功能梯度材料截锥壳的动力稳定性,用改进的混合律计算壳体的有效物性参数。基于经典薄壳理论建立含孔隙功能梯度材料截锥壳在轴向周期荷载作用下的动力稳定方程,并用Galerkin法和Bolotin法计算简支边界下的动力稳定区域。通过参数分析,系统讨论孔隙类型、半锥角和孔隙率对动力稳定的影响。结果显示,临界激励频率和非稳定区域宽度随半锥角、材料组分指数的增大而减小,随材料组分质量分数的增大而增大。与孔隙均匀分布的壳体相比,非均匀分布的壳体动力稳定性对孔隙率的变化更加敏感。另外,面内拉力可显著提高壳体的动力稳定性。

关键词：功能梯度材料截锥壳孔隙动力稳定

弹性介质中多孔石墨烯增强复合材料截锥壳的振动

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河南科技大学学报（自然科学版） 2023年第2期44卷 8-16,24页

作者：黄小林李粮杰张燕宁郝稀奇桂林电子科技大学建筑与交通工程学院广西桂林541004

为研究弹性介质中含内部孔隙的石墨烯增强功能截锥壳的振动特性,根据孔隙的分布假定孔隙的体积组分,用混合率和Halpin-Tsai微观力学模型计算石墨烯增强材料的物性参数。基于Donnel经典薄壳理论和Hamilton变分原理建立了振动的控制方程... 详细信息

为研究弹性介质中含内部孔隙的石墨烯增强功能截锥壳的振动特性,根据孔隙的分布假定孔隙的体积组分,用混合率和Halpin-Tsai微观力学模型计算石墨烯增强材料的物性参数。基于Donnel经典薄壳理论和Hamilton变分原理建立了振动的控制方程并求解,讨论了孔隙、石墨烯和弹性介质对振动特性的影响。结果表明:与孔隙分布类型相比,孔隙系数对振动频率和动力响应的影响更大。在孔隙分布同为中间多、内侧和外侧少的情况下,石墨烯质量分数从0%提高到0.6%时,石墨烯为内外侧多、中间少分布的最大动挠度减小45.66%,而外侧少、中间多分布的最大动挠度减小36.83%。可见,为提高圆锥壳的有效刚度,石墨烯纳米片应该更多地布置在圆锥壳的内侧和外侧部位。

关键词：石墨烯孔隙截锥壳弹性介质自由振动动力响应

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截锥壳颤振分析的微分求积法

振动与冲击 2010年第12期29卷 200-205页

作者：范晨光杨翊仁鲁丽西南交通大学力学与工程学院成都610031

引入微分求积法（Differential Quadrature Method,简称DQM）对截锥壳气动弹性方程离散,采用一阶活塞理论气动力,运用特征值分析方法求解系统的颤振临界动压。研究了半顶角、径厚比、长径比等几何参数对颤振临界动压的影响。结果表明,DQ... 详细信息

引入微分求积法（Differential Quadrature Method,简称DQM）对截锥壳气动弹性方程离散,采用一阶活塞理论气动力,运用特征值分析方法求解系统的颤振临界动压。研究了半顶角、径厚比、长径比等几何参数对颤振临界动压的影响。结果表明,DQM求解截锥壳气动弹性方程具有良好的精度和计算效率,结构产生1阶~2阶耦合型颤振的最低临界动压对应的周向波数较大,并因几何参数而异;颤振临界动压参数随半顶角的增大而减小,随着径厚比的增大而增大,随长径比的增大而减小。

关键词：截锥壳颤振微分求积法活塞理论

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多孔石墨烯增强复合材料截锥壳的动力稳定性

昆明理工大学学报（自然科学版） 2023年第2期48卷 31-40页

作者：黄小林李粮杰张燕宁马彬桂林电子科技大学建筑与交通工程学院广西桂林541004

为研究弹性介质中含孔隙的石墨烯增强复合材料截锥壳的动力稳定性,基于Halpin-Tsai微观力学模型和经典薄壳理论建立了截锥壳动力稳定的控制方程,并用Bolotin法分析了临界激励频率和动力稳定区域.研究结果显示,在3种孔隙分布中,孔隙集中... 详细信息

为研究弹性介质中含孔隙的石墨烯增强复合材料截锥壳的动力稳定性,基于Halpin-Tsai微观力学模型和经典薄壳理论建立了截锥壳动力稳定的控制方程,并用Bolotin法分析了临界激励频率和动力稳定区域.研究结果显示,在3种孔隙分布中,孔隙集中于中部分布的临界激励频率最大.在5种石墨烯分布中,非线性集中于中部的临界激励频率最大.当石墨烯含量从0.1%增大到0.9%时,临界激励频率约增大97%.在10°、30°、50°和70°四种半锥角中,30°的临界激励频率和非稳定区域最大.与压缩刚度相比,弹性介质的剪切刚度对临界激励频率和稳定区域的影响更大.可见优化设计石墨烯的含量和分布模式,可提高石墨烯增强复合材料截锥壳的动力稳定性.

关键词：石墨烯孔隙截锥壳弹性介质动力稳定

碳纳米管增强复合材料截锥壳的动力特性及优化研究

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碳纳米管增强复合材料截锥壳的动力特性及优化研究

作者：张燕宁桂林电子科技大学

学位级别：硕士

碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)具有高强度、高刚度、低密度和高横纵比等优异的力学性能,是一种极具潜力的新型轻质高强度增强材料。将碳纳米管作为纳米填充物填充到多孔材料中形成的碳纳米管增强多孔复合材料,兼具轻质性、高强度和... 详细信息

碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)具有高强度、高刚度、低密度和高横纵比等优异的力学性能,是一种极具潜力的新型轻质高强度增强材料。将碳纳米管作为纳米填充物填充到多孔材料中形成的碳纳米管增强多孔复合材料,兼具轻质性、高强度和良好的吸能性,在航空航天、海洋船舶和交通轨道等众多工程领域具有潜在的应用价值。为推广碳纳米管增强多孔复合材料在上述工程的应用,本课题研究了复杂工程环境下碳纳米管增强多孔复合材料截锥壳的振动、屈曲及动力稳定。首先,考虑基体材料中孔隙对物性参数的影响,根据修正的广义混合律和多孔材料物理量间的关系改进碳纳米管增强复合材料的物性参数模型。基于Donnell薄壳理论建立复合材料截锥壳在横向动荷载作用下的振动方程,用谐波平衡法和伽辽金法求得两端简支截锥壳自由振动和动力响应的解析解,并通过数值算例分析孔隙率、孔隙分布、碳纳米管含量及分布模式、半锥角等因素对自振频率和动力响应的影响。结果表明,振动频率随碳纳米管含量的增大而增大,随孔隙系数增大而减小,而动力响应则相反。然后,进一步研究碳纳米管增强多孔复合材料截锥壳的屈曲和动力稳定。根据Donnell薄壳理论建立截锥壳体在静水压力/轴向运动作用下的运动偏微分方程,在壳域内用伽辽金积分法求解壳体的屈曲临界荷载以及用Bolotin法求解轴向运动壳体的非稳定区域,讨论了孔隙率、孔隙分布、几何参数、碳纳米管含量及分布模式等因素的影响。结果表明,在静水压力作用下壳体的屈曲临界荷载随半锥角的增大而减小。然而,当截锥壳作轴向运动时,临界激励频率随半锥角的增大先增大后减小,其转折点为45°或60°。最后,利用灰狼优化算法对轴向运动碳纳米管增强复合材料层合截锥壳结构进行优化,搜寻层合壳动力稳定的最优参数,为碳纳米管增强功能梯度材料及截锥壳结构的设计在交通、航空航天、土木等工程领域的应用提供理论参考。对于上述研究内容的计算方法及过程,本文利用MTALAB语言编制了相应的数值分析程序包,并计算得到了大量的数值结果,这些数值结果对实际工程环境中壳体的结构设计有一定的参考和借鉴作用。

关键词：碳纳米管增强多孔复合材料截锥壳振动屈曲动力稳定优化

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截锥壳驻波颤振极限环研究

西南交通大学学报 2010年第5期45卷 713-717页

作者：范晨光杨翊仁鲁丽西南交通大学力学与工程学院四川成都610031

为研究大挠度非线性位移-应变条件下,截锥壳非线性颤振响应特性,基于活塞理论的气动力法,建立了超音速截锥壳非线性气动弹性运动方程.采用微分求积法对方程进行离散化变换,在驻波颤振假设下,用低阶固有模态缩减自由度数,模拟驻波颤振极... 详细信息

为研究大挠度非线性位移-应变条件下,截锥壳非线性颤振响应特性,基于活塞理论的气动力法,建立了超音速截锥壳非线性气动弹性运动方程.采用微分求积法对方程进行离散化变换,在驻波颤振假设下,用低阶固有模态缩减自由度数,模拟驻波颤振极限环幅值及随气动参数的变化过程.结果表明:前6阶模态下缩减自由度数,可获得较为精确的解;当气动压力参数增大至7 312时,系统经过Hopf分叉后进入极限环运动.

关键词：截锥壳颤振极限环微分求积法活塞理论