Lo studio delle vibrazioni di un guscio conico sandwich con un nucleo FGP saturo

Jun 04, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 4950 (2022) Citare questo articolo

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Questo articolo viene fornito per analizzare la vibrazione libera di un guscio troncoconico sandwich con un nucleo poroso funzionalmente classificato (FGP) saturo e due stessi fogli facciali isotropi omogenei. Il comportamento meccanico dell'FGP saturo è presupposto sulla base della teoria di Biot, il guscio è modellato tramite la teoria della deformazione di taglio del primo ordine (FSDT) e le equazioni governative e le condizioni al contorno sono derivate utilizzando il principio di Hamilton. Sono stati studiati tre diversi modelli di distribuzione della porosità, incluso un modello di distribuzione uniforme e omogeneo e due simmetrici non omogenei. I parametri di porosità nei modelli di distribuzione menzionati sono regolati per renderli gli stessi nella massa del guscio. Le equazioni del moto vengono risolte esattamente nella direzione circonferenziale tramite opportune funzioni sinusoidali e cosinusoidali, e una soluzione numerica viene fornita nella direzione meridionale utilizzando il metodo della quadratura differenziale (DQM). Viene approvata la precisione del modello e vengono studiate le influenze di diversi parametri come il numero d'onda circonferenziale, lo spessore del nucleo FGP, il parametro di porosità, il modello di distribuzione della porosità, la compressibilità del fluido dei pori e le condizioni al contorno sulle frequenze naturali del guscio . È dimostrato che le frequenze naturali più alte solitamente possono essere raggiunte quando i pori più grandi sono posizionati vicino alla superficie media del guscio e in ogni modalità vibrazionale c'è un valore speciale del parametro di porosità che porta alle frequenze naturali più basse. Se ne deduce che nella maggior parte dei casi le frequenze naturali diminuiscono all'aumentare dello spessore del nucleo FGP. Inoltre, riducendo la comprimibilità del fluido poroso si può osservare un piccolo aumento delle frequenze naturali.

A causa dei numerosi usi dei gusci conici in diverse applicazioni ingegneristiche come l'ingegneria aerospaziale e meccanica, i motori a reazione degli aerei ad alta potenza, i separatori centrifughi ad alta velocità e le turbine a gas, è stato presentato un numero considerevole di studi sull'analisi meccanica dei gusci tali strutture, recentemente. Sofiyev1 ha studiato le analisi di stabilità e vibrazione libera di gusci troncoconici compositi eterogenei rinforzati con nanotubi di carbonio (CNT) sottoposti a un carico assiale. Ha esaminato gli effetti della percentuale dei CNT e dell'eterogeneità sulle caratteristiche di instabilità e vibrazione libera del guscio. Afshari2 ha studiato le caratteristiche di vibrazione libera dei gusci troncoconici polimerici rotanti arricchiti da nanopiastrine di grafene (GNP). È stato da lui dimostrato che la sequenza dei modi vibrazionali può essere influenzata dalla variazione dell'angolo del semivertice. Utilizzando tecniche analitiche e numeriche e test sperimentali, lo studio delle vibrazioni libere di gusci conici irrigiditi da irrigidimenti conici è stato esaminato da Zarei et al.3. Hanno studiato le influenze delle caratteristiche geometriche del guscio sulle frequenze naturali di tale struttura. Yousefi et al.4,5 hanno studiato il comportamento vibrazionale forzato e libero di pannelli e gusci troncoconici trifase in CNT/polimero/fibra. È stato rivelato da loro che la lunghezza maggiore e gli angoli di abbraccio e semi-vertice più alti determinano frequenze naturali più piccole. Per completare questi lavori, hanno assunto l'ottimizzazione dello sciame di particelle per trovare i migliori valori delle frazioni di massa dei CNT e delle fibre e l'orientamento delle fibre per ridurre al minimo i costi e massimizzare la frequenza fondamentale del tronco conico laminato trifase CNT/polimero/fibra pannelli6. Aris e Ahmadi7 hanno studiato l'analisi della risonanza non lineare di gusci tronchi di cono FGM (materiali funzionalmente classificati) esposti a un'eccitazione armonica esterna e a un carico termico. Hanno esaminato gli effetti delle caratteristiche geometriche e della temperatura del guscio sulle caratteristiche vibrazionali non lineari del guscio. Incorporando l'agglomerazione dei CNT, lo studio delle vibrazioni libere di un guscio troncoconico rotante rinforzato con CNT è stato esaminato da Afshari e Amirabadi8. È stato dimostrato da loro che la variazione della velocità di rotazione può cambiare la sequenza dei modi vibrazionali. Lo studio delle vibrazioni delle strutture combinate di gusci cilindrico-conici conici-nervati è stato studiato da Zhang et al.9. Hanno approvato la precisione del loro lavoro confrontando i loro risultati con quelli corrispondenti ottenuti tramite il metodo degli elementi finiti (FEM) e prove sperimentali. Fares et al.10 hanno utilizzato una formulazione a strati e hanno analizzato la vibrazione libera di gusci troncoconici multistrato rinforzati con CNT. Hanno verificato la dipendenza delle frequenze naturali dalle deformazioni di allungamento dello spessore. Per varie condizioni al contorno, le frequenze naturali dei gusci troncoconici di schiuma metallica porosa sono state riportate da Li et al.11. Hanno esaminato gli effetti del parametro di porosità e del modello di dispersione dei pori sulle frequenze naturali del guscio. Utilizzando FEM, Singha et al.12 hanno analizzato la vibrazione libera di gusci conici sandwich pre-torti rotanti con un nucleo omogeneo e fogli frontali rinforzati con grafene FG in un ambiente termico. Hanno studiato l'effetto dei modelli di distribuzione del grafene sulle frequenze naturali. Adab et al.13,14 hanno studiato il comportamento vibrazionale libero di microgusci troncoconici sandwich non rotanti e rotanti con un nucleo FGP e fogli frontali rinforzati con GNP. È stato dimostrato che le frequenze naturali più elevate possono essere raggiunte quando i pori più grandi si trovano vicino alla superficie media del microguscio. Nasution et al.15 sono riusciti a trovare una soluzione semi-analitica per il comportamento di flutter supersonico di gusci conico-conici uniti laminati trifase con polimero/GNP/fibra. Hanno concluso che la stabilità aeroelastica e la modalità di sbattimento di tali strutture possono essere facilmente influenzate dagli angoli del semi-vertice e dalla lunghezza dei segmenti del guscio.