功能梯度石墨烯增强复合材料扁壳的力学行为研究
发布时间：2020-12-20 17:57
自然界中存在着大量的石墨烯及其衍生物,它们拥有优良的机械,电学和热学性能。研究表明,将少量的石墨烯作为复合材料的增强体,与传统碳纤维材料相比,更能显著地提高复合材料系统结构的刚度和强度。将由多层石墨烯片叠成的石墨烯小块作为增强体随机或均匀地散布在基体材料中,石墨烯含量沿厚度方向呈梯度或均匀分布形成的一种新型复合材料,功能梯度石墨烯增强复合材料,是目前研究的热点。为其与不同结构结合在工程中能得到更好的应用,对其力学行为进行研究是十分必要的。本文基于高阶剪切变形理论（The higher order shear deformation theory）和冯卡门（von-Karman）应变位移关系研究了功能梯度石墨烯增强复合材料扁壳在不同石墨烯小块分布模式下的多种力学行为。利用修正的Halpin-Tsai模型估计复合材料的等效杨氏模量,利用混合准则计算复合材料的等效泊松比和密度,基于哈密顿原理（Hamilton）得到简支条件下该扁壳的动力学方程,从以下4个方面进行研究:（1）研究了功能梯度石墨烯增强复合材料扁壳的自由振动行为和静态弯曲变形。利用Navier法,数值计算得到结构自由振动的固有频率...
【文章来源】：北京信息科技大学北京市
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几何示意图
表 3.1 续表s, l Polymer Pattern 1 Pattern 2 Pattern 3本章 2, 1 0.1391 0.2895 0.2469 0.3183文献[27]0.1391 0.2895 0.2456 0.3249ANSYS[14]0.1361 0.2833 0.2162 0.3043本章 2, 2 0.2132 0.4437 0.3825 0.4939文献[27]0.2132 0.4436 0.3796 0.4939ANSYS[14]0.2064 0.4296 0.3336 0.4424本章 3, 1 0.2596 0.5402 0.4688 0.5788文献[27]0.2595 0.5400 0.4645 0.5984ANSYS[14]0.2569 0.5339 0.4166 0.5657本章 3,2 0.3253 0.6770 0.5926 0.7170文献[27]0.3251 0.6767 0.5860 0.7454ANSYS[14]0.3173 0.6605 0.5658 0.6475
第 3 章 功能梯度石墨烯增强复合材料扁壳的力学行为研究下面，本章用 100M MRF 表示纯基体在添加石墨烯增强体后系统整体频率增加的相对变化率，这里，M 表示纯基体的无量纲固有频率。如图3.1所示，石墨烯小块质量分数从0%增加到1.2%后，相对纯基体的无量纲固有频率，添加石墨烯的系统固有频率明显的增大。除此之外，随着系统添加石墨烯含量的增加，扁壳的整体刚度会增大，从而使得系统固有频率的相对变化率RF会增大。并且，石墨烯小块的分布模式对扁壳的自由振动行为有着显著的影响。当石墨烯含量相同时，分布模式3下的系统无量纲固有频率比基于其他两种分布模式的计算结果大，且对于球扁壳、椭圆扁壳、双曲扁壳、圆柱扁壳来说，该模式下的无量纲固有频率比分布2（pattern 2）下系统的无量固有纲频率分别高出52.3%, 54.9%, 58.5%, 56.9%，该现象揭示了在系统上下表层添加较多含量的石墨烯小块增强体会有效地提高系统的整体刚度，从而使得系统的固有频率增大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nonlinear Transient Response of Functionally Graded Material Sandwich Doubly Curved Shallow Shell Using New Displacement Field[J]. Z.N.Li,Y.X.Hao,W.Zhang,J.H.Zhang. Acta Mechanica Solida Sinica. 2018(01)
[2]NONLINEAR TRANSIENT RESPONSE OF FUNCTIONALLY GRADED SHALLOW SPHERICAL SHELLS SUBJECTED TO MECHANICAL LOAD AND UNSTEADY TEMPERATURE FIELD[J]. Yiming Fu,Sumin Hu,Yiqi Mao. Acta Mechanica Solida Sinica. 2014(05)
[3]三维壁板热颤振分析[J]. 叶献辉,杨翊仁. 振动与冲击. 2008(06)
本文编号：2928298
【文章来源】：北京信息科技大学北京市
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几何示意图
表 3.1 续表s, l Polymer Pattern 1 Pattern 2 Pattern 3本章 2, 1 0.1391 0.2895 0.2469 0.3183文献[27]0.1391 0.2895 0.2456 0.3249ANSYS[14]0.1361 0.2833 0.2162 0.3043本章 2, 2 0.2132 0.4437 0.3825 0.4939文献[27]0.2132 0.4436 0.3796 0.4939ANSYS[14]0.2064 0.4296 0.3336 0.4424本章 3, 1 0.2596 0.5402 0.4688 0.5788文献[27]0.2595 0.5400 0.4645 0.5984ANSYS[14]0.2569 0.5339 0.4166 0.5657本章 3,2 0.3253 0.6770 0.5926 0.7170文献[27]0.3251 0.6767 0.5860 0.7454ANSYS[14]0.3173 0.6605 0.5658 0.6475
第 3 章 功能梯度石墨烯增强复合材料扁壳的力学行为研究下面，本章用 100M MRF 表示纯基体在添加石墨烯增强体后系统整体频率增加的相对变化率，这里，M 表示纯基体的无量纲固有频率。如图3.1所示，石墨烯小块质量分数从0%增加到1.2%后，相对纯基体的无量纲固有频率，添加石墨烯的系统固有频率明显的增大。除此之外，随着系统添加石墨烯含量的增加，扁壳的整体刚度会增大，从而使得系统固有频率的相对变化率RF会增大。并且，石墨烯小块的分布模式对扁壳的自由振动行为有着显著的影响。当石墨烯含量相同时，分布模式3下的系统无量纲固有频率比基于其他两种分布模式的计算结果大，且对于球扁壳、椭圆扁壳、双曲扁壳、圆柱扁壳来说，该模式下的无量纲固有频率比分布2（pattern 2）下系统的无量固有纲频率分别高出52.3%, 54.9%, 58.5%, 56.9%，该现象揭示了在系统上下表层添加较多含量的石墨烯小块增强体会有效地提高系统的整体刚度，从而使得系统的固有频率增大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nonlinear Transient Response of Functionally Graded Material Sandwich Doubly Curved Shallow Shell Using New Displacement Field[J]. Z.N.Li,Y.X.Hao,W.Zhang,J.H.Zhang. Acta Mechanica Solida Sinica. 2018(01)
[2]NONLINEAR TRANSIENT RESPONSE OF FUNCTIONALLY GRADED SHALLOW SPHERICAL SHELLS SUBJECTED TO MECHANICAL LOAD AND UNSTEADY TEMPERATURE FIELD[J]. Yiming Fu,Sumin Hu,Yiqi Mao. Acta Mechanica Solida Sinica. 2014(05)
[3]三维壁板热颤振分析[J]. 叶献辉,杨翊仁. 振动与冲击. 2008(06)
本文编号：2928298
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2928298.html
