轴向运动功能梯度材料板的振动、屈曲及动力稳定性研究

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轴向运动板在交通、机械、航天航空等领域的应用日趋广泛。为设计合理的运动速度,提高板的工作效率,我们必须了解其材料特性、轴向速度等对板的振动、屈曲及动力稳定的影响。本文以质量轻、强度高、耐湿热等优异的功能梯度材料(简称FGM)板为例,分析轴向运动板屈曲、振动及动力稳定性,为进一步推广功能梯度材料在交通工程结构中的应用提供十分重要的理论意义和应用价值。本文的主要内容如下:1.基于复合材料薄板理论及小挠度变形几何-位移方程推导轴向运动FGM板的运动方程,用谐波平衡法和Galerkin法求解并分析面内力、轴向速度等因素对FGM板自振频率和动力响应的影响。结果表明,FGM板的自振频率随着材料组分指数和轴向速度以及面内压力的增大而减小,随长宽比和面内拉力的增大而增大;FGM板的中心动挠度变化幅度随着面内压力、长宽比、轴向速度、边厚比以及材料组分指数的增加而增大。此外,边界条件对FGM板的自振频率和动力响应也有一定的影响。2.利用Galerkin法和广义特征值法分析了不同因素下轴向运动FGM板的屈曲和颤振特性。结果表明,FGM板的屈曲临界速度和颤振临界速度随着材料组分指数和面内压力的增大而减小;屈曲临界荷载随着轴向速度的增大而减小;x边固定y边简支界条件下FGM板的屈曲临界速度、荷载以及颤振速度最大,四边简支条件下的值最小。3.利用Galerkin法和Bolotin方法求解面内周期荷载作用下轴向运动FGM板的分叉屈曲、自由振动以及动力稳定边界的解析解,结果显示,FGM板的屈曲临界荷载和自振频率随着材料组分指数和轴向速度的增大而减小;增大面内压力时,FGM板的自振频率和临界激励频率则减小,其非稳定区域增大,面内压力则相反;FGM板的临界激励频率和非稳定区随着材料组分指数、轴向速度和边厚比的增加而减小,随长宽比的增大而增大。此外,x边固定y边简支边界条件下FGM板的屈曲临界荷载、非稳定区域和临界激励频率最大,四边简支条件下的最小。对以上内容的计算方法和过程,本文应用MATLAB和FORTRAN语言编制相应的程序包,为本文计算了较为准确的结果,对轴向运动FGM板结构振动、屈曲、颤振、动力稳定等动力特性的研究有一定的指导作用。
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