论文部分内容阅读
石墨烯增强功能梯度材料（FG-GPLs）是按使用功能要求将石墨烯在基体中按一/多个方向连续梯度分布而形成的纳米增强复合材料,具有质量轻、刚度大、强度高、耐高温等特点,是未来新型复合材料发展的趋势。因此,研究石墨烯增强功能梯度板在不同工程环境中的弯曲、屈曲、动力稳定及振动特性,对推广其在交通工程领域的应用具有重要的理论意义和工程价值。本文研究的主要内容有:（1）利用Halpin-Tsai细观力学模型、混合律和开孔泡沫金属的物性参数模型,模拟了含孔隙的石墨烯增强功能梯度材料的有效物性参数。基于复合材料薄板理论,建立了弹性地基上含孔隙的FG-GPLs板的弹性力学模型,用Galerkin方法求出板在横向均布荷载作用下的中心挠度,分析了石墨烯纳米片分布模式、含量、几何尺寸以及孔隙率、孔隙类型、弹性地基参数、边界条件等因素对静力弯曲挠度的影响;（2）通过Galerkin积分法和Bolotin法,确定了弹性地基上轴向面内静/动荷载激励下含孔隙的FG-GPLs板的屈曲临界荷载和非稳定区域。讨论了孔隙率、孔隙类型、弹性地基参数、石墨烯纳米片分布模式以及含量、边界条件等因素对屈曲临界荷载和非稳定区域的影响;（3）研究了粘弹性地基上含孔隙的FG-GPLs板的自由振动和动力响应,分析了粘弹性地基参数、孔隙类型、孔隙率、石墨烯纳米片含量及其分布模式、边界条件等因素对振动频率和中心动挠度的影响。（4）以交通工程中的桥梁面板结构和高速列车车身面板结构为例,比较FG-GPLs板与普通钢板在弯曲、屈曲、动力稳定以及振动特性上的优劣,为FG-GPLs板在交通工程中的应用提供技术参考。基于本文的理论分析,利用计算机语言编制了相应的程序包,计算了大量的数值结果。结果表明,顶部和底部含有较少孔隙、同时掺入较多石墨烯纳米片的板具有最大刚度,因此该类板更能有效地抵抗弯曲变形、振动,且具有最好的屈曲承载力和动力稳定性。板的有效刚度随着孔隙率的增大而变小,却随石墨烯纳米片含量的增大而提高。地基剪切、压缩参数的增大可提升板的整体刚度,而地基的粘性则减小了板的自振频率和动挠度。FG-GPLs板的力学性能优于普通材质钢板,孔隙分布类型、石墨烯纳米片含量等因素是影响FG-GPLs板刚度、强度的重要因素。本文的研究成果丰富了FG-GPLs板的弯曲、屈曲、动力稳定以及振动的理论研究,对FG-GPLs板在交通工程的推广应用具有重要的工程价值。