تحلیل کمانش و پس‌کمانش حرارتی ورق‌های مستطیلی تقویت‌شده با نانوپلاکت‌های گرافنی با استفاده از روش تربیع دیفرانسیلی

نوع مقاله : مکانیک جامدات

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 نویسنده مسئول: دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

در این مقاله، کمانش و پس‌کمانش حرارتی ورق‌های مدرج تابعی با ماتریسی از جنس پلیمر ایزوتروپیک و تقویت‌شده با نانوپلاکت‌های گرافن بررسی‌شده است. در این ورق‌های چندلایه ضخامت تمام لایه‌ها یکسان است و با تغییر کسر وزنی نانوپلاکت‌های گرافن تقویت‌کننده در هر لایه، نوع آرایش لایه‌ای ورق‌های نانوکامپوزیتی تغییر می‌کند. ورق‌ها با سه آرایش مدرج تابعی X و O و آرایش یکنواخت U تقویت‌شده است. معادلات حاکم بر ورق به کمک تئوری تغییرشکل برشی مرتبه اول به‌دست‌آمده است. رفتار کمانش حرارتی ورق‌ها با روش تربیع دیفرانسیلی مطالعه شده است. به‌منظور یافتن مدول یانگ مؤثر از مدل میکرومکانیک اصلاح‌شده هالپین-تسای و برای به دست آوردن خواص معادل کامپوزیت‌ها از قانون اختلاط استفاده‌شده است. نتایج نشان می‌دهد، توزیع نانوپلاکت‌های گرافن با آرایش به‌صورت X مقاومت ورق در برابر کمانش را بهبود می‌بخشد. همچنین، تأثیر پارامترهای همچون کسر وزنی نانوپلاکت‌های گرافن، نسبت ابعادی، نسبت طول به ضخامت بررسی‌شده است.

تازه های تحقیق

  • تحلیل پس‌کمانش حرارتی ورق‌های مدرج تابعی تقویت‌شده با نانوپلاکت‌های گرافن
  • بررسی رفتار کمانش حرارتی ورق‌ها با روش تربیع دیفرانسیلی

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Thermal Buckling and Postbuckling Analysis of Plates Reinforced with Graphene Platelets Using Differential Quadrature Method

نویسندگان [English]

  • Bahareh Yakhchian 1
  • Alireza Shaterzadeh 2
1 M.Sc., Faculty of Mechanical Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Corresponding author: Associate Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
چکیده [English]

In this article, the thermal buckling and post-buckling of functionally graded plates with a matrix of isotropic polymer reinforced with graphene platelets (GPLs) have been investigated. In these multilayer plates, the thickness of all layers is the same, and by changing the weight fraction of reinforcing graphene platelets in each layer, the type of layer arrangement of nanocomposite plates changes. The plates are reinforced with three functional graded distributions: X and O and a uniform U distribution. The governing equations of the plate are obtained with the help of the first-order shear deformation theory (FSDT). The thermal buckling behavior of plates has been studied by the differential quadrature method. To find the effective Young's modulus, the Halpin-Tsai modified micromechanical model is used, and the law of mixing is used to obtain the equivalent properties of composites. The results show that the distribution of graphene platelets with an X arrangement improves the resistance of the plate against buckling. Also, the effect of parameters such as the weight fraction of graphene platelets, aspect ratio, and length-to-thickness ratio has been investigated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermal buckling
  • Differential quadrature method
  • Graghene platelets
  • Post buckling
  • First order shear deformation theory

Smiley face

مراجع

[1] Shen M, Bever MB. Gradients in polymeric materials. Materials Science. 1972:741-6.DOI 10.1007/BF00549902##.
[2] Koizumi M. FGM activities in Japan. Composites Part B. 1997:1-4.DOI: 10.1016/S1359-8368(96)00016-9##.
[3] Na K-S, Kim J-H. Three-dimensional thermal buckling analysis of functionally graded materials. Composites Part B: Engineering. 2004;35(5):429-37. DOI 10.1016/j.compositesb.2003.11.013##.
[4] Ganapathi M, Prakash T. Thermal buckling of simply supported functionally graded skew plates. Composite Structures. 2006;74(2):247-50. DOI 10.1016/j.compstruct.2005.04.004##.
[5] Shaterzadeh A. Thermo-mechanical buckling analysis of FGM plates with circular cut out. Journal of Solid and Fluid Mechanics.2015;5(2):97-107.(in Persian) DOI 10.22044/JSFM.2015.431##.
[6] Besharat Ferdosi S, Hassani B, Daneshvar A. Numerical simulation of buckling and postbuckling of single wall carbon nanotubes. Journal of Solid and Fluid Mechanics.2015;5(1): 77-86. (in Persian) DOI 10.22044/JSFM.2015.426##.
[7] Khorshidi K, Ghasemi M, Fallah A. Buckling analysis of functionally graded rectangular microplate in thermal environment based on exponential shear deformation theory using the modified couple stress theory. Journal of Solid and Fluid Mechanics.2018; 8(4): 179-196. (in Persian) DOI 10.22044/JSFM.2019.6612.2550##.
[8] Malekzadeh P. Three-dimensional thermal buckling analysis of functionally graded arbitrary straight-sided quadrilateral plates using differential quadrature method. Composite Structures. 2011;93(4):1246-54. DOI 10.1016/j.compstruct.2010.10.014##.
[9] Wu H, Yang J, Kitipornchai S. Parametric instability of thermo-mechanically loaded functionally graded graphene reinforced nanocomposite plates. International Journal of Mechanical Sciences. 2018;135:431-40. DOI 10.1016/j.ijmecsci.2017.11.039##.
[10] Yang J, Chen D, Kitipornchai S. Buckling and free vibration analyses of functionally graded graphene reinforced porous nanocomposite plates based on Chebyshev-Ritz method. Composite Structures. 2018;193:281-94. DOI 10.1016/j.compstruct.2018.03.090##.
[11] Do VNV, Lee C-H. Thermal buckling analyses of FGM sandwich plates using the improved radial point interpolation mesh-free method. Composite Structures. 2017;177:171-86. DOI 10.1016/j.compstruct.2017.06.054##.
[12] Jiao P, Chen Z, Ma H, Zhang D, Ge P. Buckling analysis of thin rectangular FG-CNTRC plate subjected to arbitrarily distributed partial edge compression loads based on differential quadrature method. Thin-Walled Structures. 2019;145:106417. DOI 10.1016/j.tws.2019.106417##.
[13] Gholami R, Ansari R. Large deflection geometrically nonlinear analysis of functionally graded multilayer graphene platelet-reinforced polymer composite rectangular plates. Composite Structures.2017; 180: 760-771. DOI 10.1016/j.compstruct.2017.08.053##.
[14] Gholami R, Ansari R. Nonlinear harmonically excited vibration of third-order shear deformable functionally graded graphene platelet-reinforced composite rectangular plates. Engineering Structures.2018; 156: 197-209. DOI 10.1016/j.engstruct.2017.11.019##.
[15] Gholami R, Ansari R. Asymmetric nonlinear bending analysis of polymeric composite annular plates reinforced with graphene nanoplatelets. International Journal for Multiscale Computational Engineering.2019; 17(1): 45-63. DOI 10.1615/IntJMultCompEng.2019029156##.
[17] Ansari R, Hassani R, Gholami R, Rouhi H. Thermal postbuckling analysis of FG-CNTRC plates with various shapes and temperature-dependent properties using the VDQ-FEM technique. Aerospace Science and Technology.2020; 106: 106078. DOI 10.1016/j.ast.2020.106078##.
[18] Gholami R, Ansari R. Thermal Postbuckling of Temperature-Dependent Functionally Graded Nanocomposite Annular Sector Plates Reinforced by Carbon Nanotubes. International Journal of Structural Stability and Dynamics.2021; 21(2): 2150026. DOI 10.1142/S0219455421500267##.
[19] Wu H, Kitipornchai S, Yang J. Thermal buckling and postbuckling of functionally graded graphene nanocomposite plates. Materials & Design.2017; 132: 430-441. DOI 10.1016/j.matdes.2017.07.025##.
[20] Rafiee MA, Rafiee J, Wang Z, Song H, Yu Z-Z, Koratkar N. Enhanced mechanical properties of nanocomposites at low graphene content. ACS Nano.2009; 3(12): 3884-3890. DOI 10.1021/nn9010472##.
[21] Yasmin A, Daniel IM. Mechanical and thermal properties of graphite platelet/epoxy composites. Polymer.2004; 45(24): 8211-8219. DOI 10.1016/j.polymer.2004.09.054##.
[22] Bellman R, Kashef BG, Casti J. Differential quadrature A technique for the rapid solution of nonlinear partial differential equations. Computational Physics. 1971:40-52. DOI 10.1016/0021-9991(72)90089-7##.
[23] Na K-S, Kim J-H. Thermal postbuckling investigations of functionally graded plates using 3-D finite element method. Finite Elements in Analysis and Design. 2006;42(8-9):749-56. DOI 10.1016/j.finel.2005.11.005##.
مکانیک هوافضا
دوره 19، شماره 4 - شماره پیاپی 74
شماره پیاپی 74، فصلنامه زمستان
دی 1402
صفحه 103-117

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 09 خرداد 1402
  • تاریخ بازنگری: 22 خرداد 1402
  • تاریخ پذیرش: 19 تیر 1402
  • تاریخ انتشار: 01 شهریور 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار