【摘 要】
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自石墨烯问世以来,其极佳的力学性能已经吸引了诸多学者的关注和研究。将石墨烯纳米片作为增强相添加到基体中,可以制成性能优异的纳米复合材料。轴向移动结构在工程中已有较多应用,如切割电锯、动力传输带乃至航天器中的太阳能帆板等。本文中,将石墨烯纳米片添加到轴向移动板中,对轴向移动石墨烯增强复合材料层合板开展动力学特性研究。主要研究内容如下:(1)针对轴向移动的石墨烯增强复合材料层合板进行动力学建模。根据经
【基金项目】
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国家自然科学基金(11862020);
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自石墨烯问世以来,其极佳的力学性能已经吸引了诸多学者的关注和研究。将石墨烯纳米片作为增强相添加到基体中,可以制成性能优异的纳米复合材料。轴向移动结构在工程中已有较多应用,如切割电锯、动力传输带乃至航天器中的太阳能帆板等。本文中,将石墨烯纳米片添加到轴向移动板中,对轴向移动石墨烯增强复合材料层合板开展动力学特性研究。主要研究内容如下:(1)针对轴向移动的石墨烯增强复合材料层合板进行动力学建模。根据经典板理论确定位移场,几何关系采用von Kármán大变形理论,板的本构关系中考虑了压电效应和温度变化,利用Hamilton原理得到轴向移动板的动力学方程。考虑了简支-简支和固支-自由两种边界条件,分别确定了结构振动的模态函数。接着利用Galerkin法对无量纲广义位移形式的非线性动力学偏微分方程进行二阶离散,分别获得了简支-简支和固支-自由边界条件下轴向移动板的两自由度常微分动力学方程。(2)针对两端简支边界条件下的轴向移动层合板进行了动力学特性研究。在简支板以恒定速度轴向移动的情况下,通过常微分方程线性部分系数矩阵的复数特征值进行稳定性分析,重点研究系统的临界速度和发散速度。在简支板以扰动速度轴向移动的情况下,利用直接多尺度法对线性部分为时变系统的参数激励振动进行了分析,得到了组合共振和次谐共振情况下的不稳定区域边界;对于非线性系统考虑了次谐共振关系,利用多尺度法对系统进行分析,得到了系统的幅频关系和稳定性条件。分析了石墨烯纳米片整体体积分数、分布模式、长厚比和长宽比、电场电压、石墨烯压电系数以及温度等参数对简支边界条件下轴向移动板动力学特性的影响。(3)针对固支-自由边界条件下的轴向移动层合板进行了动力学特性研究。考虑悬臂板以恒定速度伸展的情况,根据常微分方程系数矩阵特征值来确定系统稳定性,分别研究了悬臂板瞬时定长度时和变长度伸展过程中的临界速度。然后采用RungeKutta法模拟了悬臂板伸展过程中的时间历程关系,对其伸展过程中的时变动力学特性进行了分析。研究了石墨烯纳米片分布及尺寸、压电效应和温度变化等因素对轴向移动石墨烯增强复合材料悬臂层合板时变动力学特性的影响。
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