功能梯度石墨烯片增強(qiáng)(FG-GPL)多孔材料是一種先進(jìn)、可設(shè)計、輕量化、高強(qiáng)度的復(fù)合材料，有望在運(yùn)載火箭、航天飛機(jī)和高超聲速飛行器中作為綜合熱防護(hù)和承重結(jié)構(gòu)。熱振動分析可確保在動態(tài)熱負(fù)荷環(huán)境下的服務(wù)安全。基于微力學(xué)模型和Timoshenko梁（TBT）理論，建立了FG-GPL多孔梁在非線性溫度分布下的自由振動分析模型。首先，假設(shè)了沿梁厚度方向的三種功能梯度孔隙度分布和石墨烯片分散模式。采用高斯隨機(jī)場和Halpin-Tsai模型計算材料的彈性模量、泊松比和密度。其次，通過求解一維熱傳導(dǎo)方程，建立了考慮孔隙度和石墨烯薄片影響的非線性溫度分布;第三，利用TBT和Hamilton原理得到了梁的熱振動控制方程。利用傳遞函數(shù)法求解控制方程，計算了不同孔隙度分布和石墨烯片分散模式組合的頻率。最后，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，并分析了溫度分布、石墨烯薄片重量分?jǐn)?shù)、孔隙率系數(shù)和熱梯度等參數(shù)對基頻的影響。與線性溫度分布相比，對稱分布孔隙與GPL梁在非線性溫度分布下的頻率變化不大，而非對稱組合時情況不同。
圖1. FG-GPL多孔梁的尺寸、孔隙率分布和GPL色散模式。
圖2. 與文獻(xiàn)[18]相比，W
GPL對ω的影響。
圖3. 與文獻(xiàn)[49]比較的z-方向溫度分布。
圖4. 沿z-方向的溫度分布。
圖5. PA沿z方向的N
T分布。
圖6. PB沿z方向的N
T分布。
圖7. PC沿z方向的N
T分布。
圖8. W
GPL對ω的影響。
圖9. W
GPL對ω
inc的影響。
圖10. e對ω
inc的影響。
圖11. e對ω的影響。
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圖12. T2對ω的影響。
圖13. T2對ω
inc的影響。
相關(guān)研究成果由國防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院、空天任務(wù)智能規(guī)劃與仿真湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國民用航空飛行學(xué)院航空工程學(xué)院Lilin Zhou 等人于2023年發(fā)表在Engineering Structures (https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.115963 )上。原文：Thermal vibration analysis of functionally graded graphene platelets-reinforced porous beams using the transfer function method。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
