功能梯度石墨烯片增強(FG-GPL)多孔材料是一種先進、可設計、輕量化、高強度的復合材料，有望在運載火箭、航天飛機和高超聲速飛行器中作為綜合熱防護和承重結構。熱振動分析可確保在動態熱負荷環境下的服務安全。基于微力學模型和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，對實驗結果進行驗證，并分析了溫度分布、石墨烯薄片重量分數、孔隙率系數和熱梯度等參數對基頻的影響。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[18]相比，W
GPL對ω的影響。
圖3. 與文獻[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。
.png)
圖12. T2對ω的影響。
圖13. T2對ω
inc的影響。
相關研究成果由國防科技大學空天科學學院、空天任務智能規劃與仿真湖南省重點實驗室、中國民用航空飛行學院航空工程學院Lilin Zhou 等人于2023年發表在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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
