تحلیل ارتعاشات ازاد ورق کامپوزیتی حلقوی تقویت شده با گرافن با استفاده از نظریه سه بعدی الاستیسیته

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله،رفتار ارتعاشی ورق­های کامپوزیتی دایروی/حلقوی تقویت شده با گرافن در شرایط مرزی مختلف با استفاده از نظریه سه بعدی الاستیسیته مورد بررسی قرار گرفته است. گرافن به دلیل خواص مکانیکی فوق العاده، گزینه بسیار مناسبی برای تقویت ورق­های کامپوزیتی می­باشد. کسر وزنی گرافن در راستای ضخامت با استفاده از الگوهای توزیع مختلف گرافن به صورت پیوسته در حال تغییر است. با استفاده از مدل هالپین تسای، مدول الاستیسیته موثر نانوکامپوزیت برای ورق دایروی/حلقوی محاسبه شده است. پنج توزیع مختلف برای توزیع صفحات گرافن در راستای ضخامت ورق در نظر گرفته شده است. حل تحلیلی معادلات دیفرانسیل فضای حالت با به­کارگیری معادلات حرکت و با استفاده از نظریه سه بعدی الاستیسیته صورت گرفته است. در این مطالعه، تاثیر الگوهای مختلف توزیع گرافن، نسبت­ شعاع خارجی به ضخامت، کسروزنی گرافن و شرایط مرزی مختلف در رفتار ارتعاشی ورق­های کامپوزیتی دایروی و حلقوی تقویت­شده با گرافن مطالعه شده است.  نتایج این پژوهش نشان می­دهد که استفاده از صفحات گرافنی به عنوان تقویت کننده، سختی و مقاومت کامپوزیت را در برابر رفتار ارتعاشی به شدت افزایش می­دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Potts JR, Dreyer DR, Bielawski CW, Ruoff RS., Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer, Vol. 52, No.1, pp. 5-25, 2011.
[2]  Rafiee MA, Rafiee J, Wang Z, Song H, Yu Z-Z, Koratkar N., Enhanced mechanical properties of nanocomposites at low graphene content. ACS nano. Vol. 3, No.12, pp. 3884-90, 2009.
[3]  Kitipornchai S, He X, Liew K. Continuum model for the vibration of multilayered graphene sheets. Physical Review B. Vol. 72, No.7, pp. 075443, 2005.
[4]  Xie S, Liu Y, Li J., Comparison of the effective conductivity between composites reinforced by graphene nanosheets and carbon nanotubes. Applied Physics Letters. Vol. 92, No.24, pp. 243121, 2008.
[5]  Yang B, Yang J, Kitipornchai S. Thermoelastic analysis of functionally graded graphene reinforced rectangular plates based on 3D elasticity. Meccanica. Vol. 52, No.10, pp. 2275-92, 2017.
[6]  Lin HG, Cao DQ, Xu YQ. Vibration, Buckling and Aeroelastic Analyses of Functionally Graded Multilayer Graphene-Nanoplatelets-Reinforced Composite Plates Embedded in Piezoelectric Layers. International Journal of Applied Mechanics. Vol. 10, No.03, pp. 1850023, 2018.
[7]  Feng C, Kitipornchai S, Yang J. Nonlinear bending of polymer nanocomposite beams reinforced with non-uniformly distributed graphene platelets (GPLs). Composites Part B: Engineering. Vol. 40, No.03, pp. 110:132, 2017.
[8]     میری م. وجشنانی ح.، تحلیل ارتعاشات نانو ورق گرافنی تک لایه دایروی تحت اثر اختلاف دما در محیط حرارتی. مجلۀمهندسی مکانیک مدرس، د. 18، ش. 5، ص 67-75، 1397.
[9]  Malekzadeh P, Setoodeh A, Shojaee M. Vibration of FG-GPLs eccentric annular plates embedded in piezoelectric layers using a transformed differential quadrature method. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. Vol. 79, No.05, pp. 340:451, 2018.
[10]              Reddy J, Wang C, Kitipornchai S. Axisymmetric bending of functionally graded circular and annular plates. European Journal of Mechanics-A/Solids. Vol. 18, No.02, pp. 185-99, 1999.
[11]              Alibeigloo A. Thermo elasticity solution of sandwich circular plate with functionally graded core using generalized differential quadrature method. Composite Structures. Vol. 40, No.15, pp. 136:229, 2016.
[12]              Dong C. Three-dimensional free vibration analysis of functionally graded annular plates using the Chebyshev–Ritz method. Materials & Design. Vol. 29, No.8, pp. 1518-25, 2008.
[13]              Tajeddini V, Ohadi A, Sadighi M. Three-dimensional free vibration of variable thickness thick circular and annular isotropic and functionally graded plates on Pasternak foundation. International Journal of Mechanical Sciences. Vol. 53, No.4, pp. 300-8, 2011.
[14]               Alibeigloo A, Jafarian H. Three-Dimensional Static and Free Vibration Analysis of Carbon Nano Tube Reinforced Composite Cylindrical Shell Using Differential Quadrature Method. International Journal of Applied Mechanics. Vol. 08, No.03, pp. 1650033, 2016.
[15]               Bisheh, H. and Alibeigloo, A., Static analysis of graphene reinforced composite circular plate. The 27th Annual International Conference of Iranian Society of Mechanical Engineers-ISME2019. 30 April- 2 May, 2019.
[16]              Yang B, Kitipornchai S, Yang Y-F, Yang J. 3D thermo-mechanical bending solution of functionally graded graphene reinforced circular and annular plates. Applied Mathematical Modelling. Vol. 49, No.03, pp. 69-86, 2017.
[17]  بدرود م. ،هاشمی ش. و ناظم­زاده ر.، کمانش متقارن و نامتقارن نانوورق­های دایروی و حلقی در فضای غیرمحلی الاستیسیته. مجلۀمهندسی مکانیک مدرس، د. 13، ش. 5، ص 144-152، 1392.
[18]  ملاعلی پور م.، تحلیل خمشی ورق­های دایره­ای و حلقوی مدرج تابعی با تغییرات پله­ای ضخامت با استفاده از یک حل دقیق فرم بسته جدید. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 47، ش. 2، ص 295-302، 1396.
[19]              Affdl JH, Kardos J., The Halpin‐Tsai equations: a review. Polymer Engineering & Science. Vol. 16, No.05, pp. 344-52, 1976.
[20]              Feng, C., Kitipornchai, S. and Yang, J., Nonlinear free vibration of functionally graded polymer composite beams reinforced with graphene nanoplatelets (GPLs). Engineering Structures, Vol.140, pp.110-119, 2017.
[21]              Shu C, Richards BE. Application of generalized differential quadrature to solve two‐dimensional incompressible Navier‐Stokes equations. International Journal for Numerical Methods in Fluids. Vol. 15, No.07, pp. 791-8, 1992.
[22]              Tornabene, F., Viola, E. and Inman, D.J., 2-D differential quadrature solution for vibration analysis of functionally graded conical, cylindrical shell and annular plate structures. Journal of Sound and Vibration, Vol. 328, No.03, pp. 259-290, 2009.