포화 FGP 코어가 있는 샌드위치 원추형 쉘의 진동 연구

Jun 04, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 4950(2022) 이 기사 인용

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이 논문은 포화된 기능 등급 다공성(FGP) 코어와 두 개의 동일한 균질 등방성 면 시트를 갖춘 샌드위치 원추형 쉘의 자유 진동을 분석하기 위해 제공됩니다. 포화 FGP의 기계적 거동은 Biot의 이론을 기반으로 가정하고 쉘은 FSDT(1차 전단 변형 이론)를 통해 모델링하며 해밀턴 원리를 활용하여 지배 방정식과 경계 조건을 도출합니다. 하나의 균질한 균일 분포 패턴과 두 개의 비균질 대칭 패턴을 포함하여 세 가지 다른 다공성 분포 패턴이 연구되었습니다. 언급된 분포 패턴의 다공성 매개변수는 쉘의 질량에서 동일하게 만들기 위해 규제됩니다. 운동방정식은 적절한 정현파 및 코사인파 함수를 통해 원주 방향으로 정확하게 풀고, 미분 구적법(DQM)을 활용하여 자오선 방향의 수치 해를 제공합니다. 모델의 정밀도가 승인되었으며 원주 파수, FGP 코어의 두께, 다공성 매개변수, 다공성 분포 패턴, 공극 유체의 압축성 및 쉘의 고유 진동수에 대한 경계 조건과 같은 여러 매개변수의 영향이 조사되었습니다. . 일반적으로 더 큰 기공이 쉘의 중간 표면에 가까이 위치할 때 가장 높은 고유 진동수를 얻을 수 있으며, 각 진동 모드에는 가장 낮은 고유 진동수를 초래하는 다공성 매개변수의 특별한 값이 있는 것으로 나타났습니다. 대부분의 경우 FGP 코어의 두께가 증가함에 따라 고유 주파수가 감소하는 것으로 추론됩니다. 또한, 공극유체의 압축성을 감소시키면 고유진동수가 작게 증가하는 것을 볼 수 있습니다.

항공 우주 및 기계 공학, 고출력 항공기 제트 엔진, 고속 원심 분리기 및 가스 터빈과 같은 다양한 엔지니어링 응용 분야에서 원추형 쉘이 많이 사용되기 때문에 기계적 분석에 대한 상당한 수의 조사가 제시되었습니다. 최근에는 이런 구조. Sofiyev1은 축 하중을 받는 탄소 나노튜브(CNT)로 강화된 이종 복합 원추형 쉘의 안정성 및 자유 진동 분석을 조사했습니다. 그는 CNT 비율과 이질성이 쉘의 좌굴 및 자유 진동 특성에 미치는 영향을 조사했습니다. 그래핀 나노판(GNP)이 강화된 회전하는 고분자 원뿔형 껍질의 자유 진동 특성은 Afshari2에 의해 조사되었습니다. 그는 진동 모드의 순서가 정점 각도의 변화에 ​​의해 영향을 받을 수 있음을 보여주었습니다. 해석적, 수치적 기법 및 실험적 테스트를 활용하여 베벨 보강재로 보강된 원추형 쉘의 자유 진동 연구가 Zarei et al.3에 의해 조사되었습니다. 그들은 그러한 구조의 고유 주파수에 대한 쉘의 기하학적 특성의 영향을 연구했습니다. Yousefi 등4,5은 3상 CNT/폴리머/섬유 원추형 패널 및 쉘의 강제 및 자유 진동 거동을 연구했습니다. 길이가 길고 포용 각도와 정점 각도가 높을수록 고유 주파수가 작아지는 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 작업을 완료하기 위해 그들은 입자 떼 최적화를 사용하여 CNT 및 섬유의 질량 분율과 섬유의 방향에 대한 최상의 값을 찾아 비용을 최소화하고 3상 CNT/폴리머/섬유 적층 원뿔형 원추형 구조의 기본 주파수를 최대화했습니다. 패널6. Aris와 Ahmadi7는 외부 조화 여기 및 열 부하에 노출된 FGM(기능 등급 재료) 잘린 원추형 쉘의 비선형 공명 분석을 연구했습니다. 그들은 껍질의 비선형 진동 특성에 대한 껍질의 기하학적 특성과 온도의 영향을 조사했습니다. CNT의 응집을 통합함으로써 CNT 강화 회전 원추형 쉘의 자유 진동 연구가 Afshari와 Amirabadi8에 의해 조사되었습니다. 회전 속도의 변화가 진동 모드의 순서를 변경할 수 있다는 것이 그들에 의해 나타났습니다. 결합된 원추형 리브 원통형-원추형 쉘 구조의 진동 연구는 Zhang et al.9에 의해 조사되었습니다. 그들은 결과를 유한 요소법(FEM) 및 실험 테스트를 통해 얻은 해당 결과와 비교하여 작업의 정확성을 승인했습니다. Fares et al.10은 층별 공식을 사용하고 다층 CNT 강화 원추형 쉘의 자유 진동을 분석했습니다. 그들은 두께 신장 변형률에 대한 고유 주파수의 의존성을 확인했습니다. 다양한 경계 조건에 대해 다공성 금속 발포체의 원추형 쉘의 고유 주파수가 Li et al.11에 의해 보고되었습니다. 그들은 다공성 매개변수와 기공 분산 패턴이 껍질의 고유 진동수에 미치는 영향을 조사했습니다. FEM을 사용하여 Singha et al.12은 열 환경에서 균질한 코어와 FG 그래핀 강화 표면 시트를 갖춘 미리 꼬인 회전 샌드위치 원추형 쉘의 자유 진동을 분석했습니다. 그들은 그래핀 분포 패턴이 고유 진동수에 미치는 영향을 연구했습니다. Adab 등13,14은 FGP 코어와 GNP 강화 표면 시트를 갖춘 비회전 및 회전 샌드위치 원추형 마이크로쉘의 자유 진동 거동을 조사했습니다. 그들은 큰 기공이 마이크로쉘의 중간 표면에 가까이 위치할 때 가장 높은 고유 진동수를 얻을 수 있다는 것을 보여주었습니다. Nasution et al.15은 3상 폴리머/GNP/섬유 적층 결합 원뿔-원추형 쉘의 초음속 플러터 거동에 대한 반해석적 솔루션을 찾는 데 성공했습니다. 그들은 그러한 구조의 공탄성 안정성과 플러터 모드가 쉘 세그먼트의 반 꼭지점 각도와 길이에 의해 쉽게 영향을 받을 수 있다고 결론지었습니다.