基于改进Reddy型TSDT的弹性地基上FG-CNTRC板线性弯曲与自由振动无网格分析

时间:2022-03-08 06:36:37
作者:陈卫,方耀楚,孙冰,彭林欣
关键字:改进Reddy型三阶剪切变形理论,功能梯度碳纳米管增强复合材料板,弹性地基,稳定移动克里金插值,线性弯曲,自由振动
DOI:10.6052/0459-1879-23-040
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基于改进Reddy型3阶剪切变形理论(third-order shear deformation theory, TSDT)假设, 考虑碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)转向及功能梯度材料的不均匀性, 建立弹性地基上功能梯度碳纳米管增强复合材料(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite, FG-CNTRC)板的线性弯曲和自由振动无网格分析模型. 利用改进Reddy型TSDT推导FG-CNTRC板的势能和动能, 给出弹性地基势能的表达式, 再将其分别进行叠加, 通过最小势能原理及Hamilton原理推导出弹性地基上FG-CNTRC板的线性弯曲和自由振动控制方程. 采用稳定移动克里金插值(stabilized moving Kriging interpolation, SMKI)对问题域内的节点进行离散, 该近似形函数的构造方法满足克罗内克条件, 可以直接施加边界条件. 文中首先给出基于三阶剪切变形理论的弹性地基FG-CNTRC板线性弯曲与自由振动无网格离散模型. 随后通过基准算例, 研究本文方法的有效性及精度问题. 最后数值分析了CNTs的分布形式、转向角、体积分数、地基系数、宽厚比和边界条件等对FG-CNTRC板的线性弯曲及自振频率的影响. 研究表明: 采用本文方法计算FG-CNTRC薄板、中厚板、甚至厚板的线性弯曲和自振频率均具有较高的计算精度; 随着CNTs体积分数和地基系数的增加, FG-CNTRC板结构刚度逐渐增大; FG-CTRC板结构刚度与宽厚比成正相关, 厚度增加的剪切效应会让CNTs转向角对结构刚度的影响逐渐降低.

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