飽和した FGP コアを備えたサンドイッチ円錐シェルの振動研究

Jun 04, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 4950 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この論文は、飽和傾斜機能多孔質 (FGP) コアと 2 つの同じ均質等方性表面シートを備えたサンドイッチ円錐台シェルの自由振動を解析するために提供されています。 飽和した FGP の機械的挙動はビオ理論に基づいて仮定され、シェルは一次せん断変形理論 (FSDT) によってモデル化され、支配方程式と境界条件はハミルトンの原理を利用して導出されます。 1 つの均質な均一分布パターンと 2 つの非均質な対称分布パターンを含む 3 つの異なる気孔率分布パターンを研究しました。 前述の分布パターンにおける気孔率パラメータは、シェルの質量が同じになるように調整されています。 運動方程式は、適切な正弦関数および余弦関数を使用して円周方向に正確に解かれ、微分求積法 (DQM) を利用して子午線方向の数値解が提供されます。 モデルの精度が承認され、周波​​数、FGP コアの厚さ、空隙率パラメーター、空隙率分布パターン、空隙流体の圧縮率、シェルの固有振動数に対する境界条件などのいくつかのパラメーターの影響が調査されます。 。 通常、より大きな細孔がシェルの中間表面近くに位置し、各振動モードで最も低い固有振動数をもたらす空隙率パラメーターの特別な値が存在する場合に、最も高い固有振動数が達成されることが示されています。 ほとんどの場合、FGP コアの厚さが増加すると固有振動数が減少すると推定されます。 さらに、間隙流体の圧縮率を低下させると、固有振動数のわずかな増加が見られます。

航空宇宙工学、機械工学、高出力航空機ジェットエンジン、高速遠心分離機、ガスタービンなどのさまざまな工学用途で円錐形シェルが多数使用されているため、円錐形シェルの機械的解析に関してかなりの数の研究が発表されています。最近はこういう構造物も増えてきましたね。 Sofiyev1 は、軸方向の荷重がかかったカーボン ナノチューブ (CNT) で強化された異種複合材料の円錐台シェルの安定性と自由振動の解析を研究しました。 彼は、シェルの座屈特性と自由振動特性に対する CNT の割合と不均一性の影響を調べました。 グラフェンナノプレートレット（GNP）が豊富に含まれた回転ポリマー円錐台シェルの自由振動特性が、Afshari2 によって研究されました。 彼は、一連の振動モードが半頂角の変化によって影響を受ける可能性があることを示しました。 Zarei et al. は、解析的および数値的手法と実験的テストを利用して、ベベル補強材で補強された円錐形シェルの自由振動研究を検討しました。 彼らは、シェルの幾何学的特徴がそのような構造の固有振動数に及ぼす影響を研究しました。 Yousefi ら 4,5 は、三相 CNT/ポリマー/ファイバーの円錐台パネルとシェルの強制および自由振動挙動を研究しました。 彼らによって、長さが長くなり、抱角と半頂角が大きくなると、固有振動数が小さくなることが明らかになりました。 これらの研究を完了するために、粒子群の最適化を採用して、CNT と繊維の質量分率と繊維の配向の最適な値を見つけ、コストを最小限に抑え、三相 CNT/ポリマー/繊維積層切頭円錐の基本周波数を最大化しました。パネル6. Aris と Ahmadi7 は、外部高調波励起と熱負荷にさらされた FGM (傾斜機能材料) の円錐台シェルの非線形共振の解析を研究しました。 彼らは、シェルの非線形振動特性に対するシェルの幾何学的特性と温度の影響を調べました。 CNT の凝集を組み込むことにより、CNT で強化された回転円錐台シェルの自由振動研究が Afshari と Amirabadi によって検査されました8。 彼らによって、回転速度の変化により振動モードの順序が変化する可能性があることが示されました。 円錐形、リブ付きの円筒形、円錐形のシェル構造を組み合わせた振動研究は、Zhang et al.9 によって研究されました。 彼らは、その結果を有限要素法 (FEM) および実験テストによって得られた対応する結果と比較することによって、研究の精度を承認しました。 Fares et al.10 は、層ごとの配合を採用し、多層 CNT で強化された円錐台シェルの自由振動を分析しました。 彼らは、厚さを伸ばすひずみに対する固有振動数の依存性を確認しました。 さまざまな境界条件について、多孔質金属フォームの円錐台シェルの固有振動数が Li らによって報告されています 11。 彼らは、シェルの固有振動数に対する気孔率パラメータと気孔分散パターンの影響を調べました。 Singha et al.12 は、FEM を使用して、熱環境下での、均質なコアと FG グラフェン強化フェイスシートを備えた回転する予めねじられたサンドイッチ円錐形シェルの自由振動を解析しました。 彼らは、固有振動数に対するグラフェンの分布パターンの影響を研究しました。 Adab ら 13,14 は、FGP コアと GNP 強化フェースシートを備えた非回転および回転サンドイッチ円錐台形マイクロシェルの自由振動挙動を調査しました。 彼らによって、大きな細孔がマイクロシェルの中間表面近くに位置するときに最高の固有振動数が達成できることが示された。 Nasution et al.15 は、三相ポリマー/GNP/繊維が積層結合された円錐-円錐シェルの超音速フラッター挙動に対する半解析的解決策を見つけることに成功しました。 彼らは、そのような構造の空力弾性安定性とフラッターモードは、シェルセグメントの半頂角と長さによって容易に影響を受ける可能性があると結論付けました。