先進(jìn)復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)的非線性力學(xué)行為與動力特性.pdf

1、功能梯度材料（Functionally Graded Materials，簡稱FGMs）通常是由陶瓷和金屬復(fù)合而成的一種新型先進(jìn)非均勻復(fù)合材料。碳納米管增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon nanotube reinforced composites,簡稱CNTRCs)是以碳納米管(CNT)取代碳纖維作為增強(qiáng)體的一種新型先進(jìn)復(fù)合材料。此類先進(jìn)復(fù)合材料在航天航空、核工業(yè)、汽車、船舶領(lǐng)域等領(lǐng)域內(nèi)有著極為廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)于此類材料板結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的機(jī)械荷

2、載和熱荷載作用下的非線性力學(xué)行為和動力特性研究具有重要的理論與應(yīng)用價(jià)值。
　　本文討論了彈性基礎(chǔ)上FGM和CNTRC板結(jié)構(gòu)的非線性彎曲和非線性振動特性。主要內(nèi)容包括：(1)基于Mori-Tanaka細(xì)觀力學(xué)模型給出FGM板的等效物性參數(shù)，以及基于廣義的Voigt模型給出CNTRC板的等效物性參數(shù)；(2)基于Reddy高階剪切變形理論和廣義Kármán型方程，給出了FGM和CNTRC板的運(yùn)動方程，并運(yùn)用二次攝動法求得了高階漸近解；(

3、3)針對幾種有代表性的FGM和CNTRC板結(jié)構(gòu)，討論其非線性彎曲和非線性振動特性，在分析中同時(shí)考慮熱傳導(dǎo)，材料物性參數(shù)的溫度相關(guān)性，以及機(jī)械/熱荷載耦合效應(yīng)的影響。著重討論了FGM材料組分指數(shù)、碳納米管梯度排列方式和等效體積含量、溫度變化、芯層與面板厚度比、面內(nèi)邊界條件等因素對各類FGM和CNTRC板結(jié)構(gòu)非線性彎曲和非線性振動特性的影響。
　　在本文理論分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，編制了多個(gè)數(shù)值分析程序，分別用于彈性基礎(chǔ)上FGM板、CNTR

4、C板及以其為面板的夾層板力學(xué)響應(yīng)的數(shù)值計(jì)算，并在上述研究領(lǐng)域給出了大量的計(jì)算分析結(jié)果。其中很多數(shù)值結(jié)果屬于國際上首次發(fā)表，可為后續(xù)研究提供比照對象。本文取得的主要成果有:
　　FGM材料的組分指數(shù)對彈性基礎(chǔ)上FGM板以及FGM夾層板力學(xué)特性的影響都十分顯著。隨著組分指數(shù)的提高，F(xiàn)GM板及FGM夾層板的靜彎曲撓度、非線性與線性頻率比和受迫振動撓度都會相應(yīng)減小，固有頻率則相應(yīng)增大。
　　彈性基礎(chǔ)對FGM板以及 FGM夾層板的非線

5、性彎曲和振動有較大的約束作用，隨著彈性基礎(chǔ)剛度系數(shù)的增大，F(xiàn)GM板及FGM夾層板靜彎曲和動力響應(yīng)的撓度和彎矩都明顯減小，非線性與線性頻率比也相應(yīng)減小，固有頻率則相應(yīng)增大。
　　CNT梯度排列方式對CNTRC板力學(xué)性能的影響很顯著。當(dāng)碳納米管在基體中呈對稱型梯度排列時(shí)，其固有頻率大于非對稱型梯度排列或均勻排列的CNTRC板，而非線性與線性頻率比和受迫振動撓度為最小。
　　彈性基礎(chǔ)剛度系數(shù)和預(yù)加面內(nèi)荷載對CNTRC板和CNTRC