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纳米复合材料梁的几何非线性力学。 (英语) Zbl 07498579号

摘要:目前,承受大位移的纳米复合材料梁被有效地用作小型机电系统的基本结构部件,例如纳米致动器、开关和存储设备,其设计需要准确评估尺寸效应。因此,在非局部连续介质力学的框架下,本文提供了一种一致的积分弹性方法,以解决纳米复合材料梁在经历较大形状变化时的应用问题。通过均质化理论启发的新方法初步评估纳米填料的本构特性,然后通过匹配的分子动力学结果进行实验验证。利用适定应力驱动的非局部理论描述了承受大位移的纳米复合悬臂梁的结构问题,以解释尺度现象。采用迭代程序求解工程科学中当前感兴趣的几何非线性梁问题。数值研究和讨论了纳米填料的质量分数和分布模式对尺寸相关结构响应的影响。

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74-XX岁 可变形固体力学
82至XX 统计力学,物质结构
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参考文献:

[1] Abazari,A.M。;萨法维,S.M。;Rezazadeh,G。;Villanueva,L.G.,《模拟尺寸对微/纳米结构机械性能的影响》,《传感器》,15,11,28543-28562(2015)
[2] Acierno,S。;巴雷塔,R。;卢西亚诺,R。;Marotti de Sciarra,F。;Russo,P.,聚丙烯/单壁碳纳米管纤维拉伸行为的实验评估和建模,复合结构,174,12-18(2017)
[3] 阿勒梅,M。;Shafai,C.,用于执行器阵列实现的低控制电压和高冲程的三电极MEMS静电执行器,静电学杂志,114,第103635页,(2021)
[4] 阿普佐,A。;巴雷塔,R。;费布罗奇诺,F。;吉尔吉斯语,S.A。;卢西亚诺,R。;Marotti de Sciarra,F.,《由应力驱动的两相弹性引起的弹性纳米梁的轴向和扭转自由振动》,《应用和计算力学杂志》,5,2,402-413(2019)
[5] 阿普佐,A。;巴雷塔,R。;卢西亚诺,R。;Marotti de Sciarra,F。;Penna,R.,《应力驱动非局部积分模型下Bernoulli-Euler纳米梁的自由振动》,复合材料B部分(工程),123,105-111(2017)
[6] 艾丁利克,S。;Kiris,A。;Sumelka,W.,《空间碎片力学框架下非局部板振动的三维分析——理论与验证》,《薄壁结构》,163,第107645页,(2021)
[7] 巴雷塔,R。;乔纳迪亚,M。;Marotti de Sciarra,F.,纳米光盘的改进非局部应变梯度弹性及其在碳纳米管中的应用,应用科学,9,3,514(2019)
[8] 巴雷塔,R。;乔纳迪亚,M。;Marotti de Sciarra,F.,层状纳米梁的非局部力学行为,《对称性》,12,5,717(2020)
[9] 巴雷塔,R。;Fabbrocino,F。;卢西亚诺,R。;Marotti de Sciarra,F。;Ruta,G.,《应力驱动非局部弹性中纳米梁的屈曲荷载》,《先进材料和结构力学》,27,11,869-875(2020)
[10] 巴雷塔,R。;Marotti de Sciarra,F。;Vaccaro,M.S.,《弯曲弹性梁的非局部力学》,《国际工程科学杂志》,144,第103140页(2019年)·Zbl 1476.74087号
[11] 贝达德,S。;Fakher,M。;Hosseini-Hashemi,S.,包含表面效应和不同边界条件的两相局部/非局部VFGP纳米梁的动态稳定性和振动,材料力学,153,第103633页,(2021)
[12] Benvenuti,E。;Simone,A.,《一维非局部和梯度弹性:闭合解和尺寸效应》,《力学研究通讯》,48,46-51(2013)
[13] 卞,P。;Qing,H.,基于双亥姆霍兹核的应力驱动非局部积分模型的功能梯度纳米管的扭转静态和振动分析,应用数学与力学杂志,42,3,425-440(2021)·Zbl 1486.74058号
[14] Chand,C.G。;梅蒂,R。;Srinivasa Rao,K。;Maity,N.P.,用于5G应用的RF MEMS电容并联开关的电磁建模和分析,微电子杂志,117,文章105262 pp.(2021)
[15] Chen,L.,大挠度悬臂梁的积分方法,国际非线性力学杂志,45,301-305(2010)
[16] 西瓦莱克,Ö。;Dastjerdi,S。;阿克巴什(Sr.)。;Aköz,B.,碳纳米管增强复合微束的振动分析,应用科学中的数学方法(2021)
[17] Darban,H。;Caporale,A。;Luciano,R.,《具有弱键合特性的多层/功能梯度纳米梁弯曲的非局部分层公式》,《欧洲力学杂志》。A.固体,86,第104193条pp.(2021)·Zbl 1479.74071号
[18] Eptaimeros,K。;库苏马里斯,哥伦比亚特区。;Tsamasphyros,G.,纳米梁动态响应的非局部积分方法,国际机械科学杂志,115-116,68-80(2016)
[19] Eringen,A.C.,平面波非局部弹性和色散的线性理论,国际工程科学杂志,10,425-435(1972)·Zbl 0241.73005号
[20] Eringen,A.C.,《关于非局部弹性微分方程以及螺位错和表面波的解》,《应用物理杂志》,54,9,4703-4710(1983)
[21] Eringen,A.C.,《非局部弹性理论及其应用》,《研究力学》,21,313-342(1987)
[22] 埃瓦赞,A。;Shahsavari,D。;Karami,B.,《石墨烯增强纳米复合材料圆柱壳在移动谐波载荷作用下的动力学》,《国际工程科学杂志》,154,第103339页,(2020年)·Zbl 07228670号
[23] Fakher,M。;Hosseini-Hashemi,S.,利用Galerkin方法对具有尺寸相关非线性的两相局部/非局部纳米梁进行非线性振动分析,JVC/振动与控制杂志,27,3-4,378-391(2021)
[24] 方,C。;陈,X。;张杰。;夏,X。;Weng,G.J.,弯曲CNT聚合物纳米复合材料复合电导率的蒙特卡罗方法和Bézier曲线,国际工程科学杂志,168,第103543页,(2021)·Zbl 07411527号
[25] Farajpour,A。;C.Q.霍华德。;Robertson,W.S.P.,《纳米板的尺寸依赖力学》,《国际工程科学杂志》,156,第103368页,(2020)·Zbl 07261125号
[26] Ghaffari,S.S。;Ceballes,S。;Abdelkefi,A.,基于碳纳米管的强制质量传感器在热载荷影响下的非线性动力学响应,非线性动力学,1001013-1035(2020)
[27] 戈洛米,M。;扎尔,E。;Alibazi,A.,应用Eringen的非局部弹性理论分析双向功能梯度Euler-Bernoulli纳米梁的非线性自由振动,应用力学档案,91,2957-2971(2021)
[28] Gholipour,A。;Ghayesh,M.H.,功能梯度纳米梁的非线性耦合力学,国际工程科学杂志,150,第103221页,(2020)·兹比尔07205480
[29] 戈沃罗夫,A。;温策尔博士。;米勒,S。;卡南,A。;Sevostianov,I.,承受压缩载荷的环氧石墨烯和环氧碳纳米纤维复合材料的导电性,国际工程科学杂志,123,174-180(2018)
[30] 哈古,M。;安萨里,R。;Hassanzadeh-Aghdam,M.K.,《纳米颗粒团聚对纳米复合材料整体导电性的影响》,《国际工程科学杂志》,157,第103392页,(2020)·Zbl 07278786号
[31] Hassanzadeh-Aghdam,M.,用均匀化方法评估石墨烯增强聚合物纳米复合材料的有效蠕变性能,复合材料科学与技术,209,第108791页,(2021)
[32] 金,Q。;Ren,Y.,内部流动诱导的预屈曲和后屈曲FG纳米管的非线性尺寸依赖弯曲和强迫振动,非线性科学和数值模拟中的通信,104,第106044页,(2022)·Zbl 1477.74042号
[33] 卡拉米,B。;Janghorban,M.,《功能梯度纳米壳的力学》,《国际工程科学杂志》,153,第103309页,(2020年)·Zbl 07228650号
[34] 卡里米普尔,I。;Beni,Y.T.,承受机械冲击的非局部复合材料层合环形壳体节段的非线性动力学分析,非线性科学与数值模拟通讯,106,第106105页,(2022)·Zbl 1508.74019号
[35] 哈尼基,H.B。;Ghayesh,M.H。;Amabili,M.,《电动纳米和微结构的静力学和动力学综述》,《国际非线性力学杂志》,129,第103658页,(2021)
[36] Khodabakhshi,P。;Reddy,J.N.,《统一的积分-微分非局部模型》,《国际工程科学杂志》,95,60-75(2015)·Zbl 1423.74133号
[37] 库马尔,P.A。;Rao,K.S。;Sravani,K.G。;Balaji,B。;阿迪蒂亚,M。;Guha,K。;Elsinawi,A.,《优化电容式RF MEMS并联开关的密集方法》,微电子杂志,112,第105050页,第(2021)页
[38] Lanzoni,L。;Tarantino,A.M.,有限弹性中纳米梁的弯曲,国际机械科学杂志,202-203,第106500页,(2021)
[39] Lee,S。;Jung,J。;Kim,Y。;Kim,Y。;Ryu,S.,预测晶体-基质纳米复合材料有效刚度的多尺度建模框架,国际工程科学杂志,161,第103457页,(2021)·Zbl 1497.74070号
[40] 李,B。;丁·S。;郭,S。;苏·W。;Cheng,A。;Hong,J.,平面柔性机构的新型等几何拓扑优化框架,应用数学建模,92931-950(2021)·Zbl 1481.74619号
[41] Liew,K.M。;潘,Z。;张立伟,功能梯度碳纳米管增强复合材料和结构的最新进展,中国科学院物理、力学和天文学,63,3,第234601条,pp.(2020)
[42] Ling先生。;宋,D。;张,X。;他,X。;李,H。;吴,M。;曹,L。;Lu,S.,使用三维动态刚度模型分析和设计空间柔顺机构,《机构与机器理论》,168,文章104581,pp.(2022)
[43] Ling先生。;Wang,J。;吴,M。;曹,L。;Fu,B.,改进的桥式柔顺机构的设计和建模及其在液压压电阀、传感器和执行器中的应用A:物理,324,第112687页,(2021)
[44] Ling,M。;Zhang,X.,承受外部载荷的压电驱动柔顺机构的耦合动力学建模,《机构与机器理论》,160,第104283页,(2021)
[45] 马里兰州Malikan。;Eremeyev,V.,《压电-磁纳米管的几何非线性振动》,《应用科学中的数学方法》,1-19(2020)
[46] 马里兰州Malikan。;新南威尔士州乌格洛夫。;Eremeyev,V.A.,《压磁和弯磁纳米结构的不稳定性和后屈曲》,《国际工程科学杂志》,157,第103395页,(2020年)·Zbl 07278788号
[47] Nemat Nasser,S。;Hori,M.,《微观力学:异质材料的总体特性》(1999),北荷兰·Zbl 0924.73006号
[48] Omari,医学硕士。;Almagableh,A。;Sevostianov,I。;阿什哈布,M.S。;Yaseen,A.B.,使用人工神经网络模拟热固性乙烯基酯纳米复合材料的粘弹性,国际工程科学杂志,150,第103242页,(2020)·Zbl 07205484号
[49] Oskouie,M.F。;安萨里,R。;Rouhi,H.,基于应变和应力驱动的非局部积分模型的Euler-Bernoulli纳米梁弯曲:数值方法,机械学报,34871-882(2018)
[50] 瓦卡德,H.M。;瓦利波尔,A。;Żur,K.K。;Sedighi,H.M。;Reddy,J.N.,《基于应力驱动非局部积分弹性的致动混杂纳米管的非线性振动和静态偏转问题》,材料力学,148,第103532页,(2020)
[51] 佩纳,R。;Feo,L。;Lovisi,G.,多孔FG纳米梁通过局部/非局部应变和应力梯度弹性理论的湿热弯曲行为,复合材料科学与技术,263,文章113627 pp.(2021)
[52] 平斯基,J。;Shirinzadeh,B。;Al-Jodah,A.,《远程精密柔顺机构用双级补偿粘滑致动器的设计与评估》,传感器和致动器A:物理,331,第113007条,pp.(2021)
[53] 任永明。;Qing,H.,功能梯度Euler-Bernoulli梁的弯曲和屈曲分析,使用应力驱动的非局部积分模型和双霍姆霍尔茨核,国际应用力学杂志,13,第2150041页,(2021)
[54] Reuss,A.,Berechnung der fließgrenze von mischkristallen auf grund der plastizitätsbeding für einkristelle,ZAMM Zeitschrift für-Angewandte Mathematik und Mechanik,9,49-58(1929)
[55] 罗曼诺,G。;Barretta,R.,纳米梁中的非局部弹性:应力驱动的积分模型,国际工程科学杂志,115,14-27(2017)·兹比尔1423.74512
[56] 罗曼诺,G。;巴雷塔,R。;Diaco,M.,《关于弹性纳米梁的非局部积分模型》,《国际机械科学杂志》,131-132,490-499(2017)
[57] 罗曼诺,G。;巴雷塔,R。;迪亚科,M。;Marotti de Sciarra,F.,非局部弹性纳米梁中的本构边界条件和悖论,国际机械科学杂志,121,151-156(2017)
[58] Russillo,A.F。;Failla,G.,应力驱动非局部瑞利梁格中的波传播,国际机械科学杂志,215,第106901页,(2022)
[59] Russillo,A.F。;Faila,G。;阿洛塔,G。;Marotti de Sciarra,F。;Barretta,R.,《关于纳米框架的动力学》,《国际工程科学杂志》,160,第103433页,(2021)·Zbl 07314432号
[60] 萨达曼德,M。;Shahabodini,A。;艾哈迈迪,B。;Chegini,S.,《初始弯曲矩形单层石墨烯板的非线性强迫振动:分析方法》,《物理E:低维系统和纳米结构》,127,第114568页,(2021)
[61] Shen,H.-S.,热环境中纳米管增强复合材料圆柱壳的后屈曲,第一部分:轴向加载壳,复合材料科学与技术,93,8,2096-2108(2011)
[62] Sravani,G.,X波段桥式RF MEMS开关的优化与分析,微系统技术,273735-3741(2021)
[63] 孙,Y。;胡,Y。;Liu,M.,具有硬/软界面效应的石墨烯增强纳米复合材料的弹塑性行为,材料与;amp;amp;amp;设计,199,第109421条pp.(2021)
[64] Tang,Y。;Qing,H.,功能梯度Timoshenko梁的非局部应变梯度积分模型弹性屈曲和自由振动分析,应用数学模型,96,657-677(2021)·Zbl 1481.74311号
[65] 泰语,C.H。;费雷拉,A。;Nguyen-Xuan,H。;Phung-Van,P.,基于非局部应变梯度理论的功能梯度板的尺寸相关无网格模型,复合材料科学与技术,272,第114169条,pp.(2021)
[66] Thang,P.T。;Nguyen-Thoi,T。;Lee,J.,基于非局部应变梯度理论的双向功能梯度纳米梁建模与分析,应用数学与计算,407,第126303条,pp.(2021)·Zbl 1510.74076号
[67] 田,Y。;周,C。;Wang,F。;卢克。;Zhang,D.,一种基于柔顺机构的新型AFM悬臂弹簧常数校准系统,传感器和执行器A:物理,309,第112027页,(2020)
[68] Vaccaro,M.S。;Pinnola,F.P。;Marotti de Sciarra,F。;Barretta,R.,Eringen两相弹性梁的极限行为,《欧洲力学杂志》。A.固体,89,第104315条,第(2021)页·兹比尔1475.74085
[69] Vaccaro,M.S。;Marotti de Sciarra,F。;Barretta,R.,关于应力驱动非局部弹性梁曲率场的规律,机械学报,2322595-2603(2021)·Zbl 1486.74089号
[70] Verotti,M。;贝塞利,G。;布鲁佐内(Bruzzone,L.)。;巴盖塔,M。;Fanghella,P.,《各向同性柔顺机构的设计、模拟和测试》,精密工程,72,730-737(2021)
[71] Voigt,W.,《贝齐亨·兹维申登·贝登弹性体ätskonstanten各向同性Körper》,Annalen der Physik,38,573-587(1889)
[72] 夏,X。;杜,Z。;张杰。;李,J。;Weng,G.J.,石墨烯/金属纳米复合材料强度和延展性从纳米到宏观的层次结构,国际工程科学杂志,162,第103476页,(2021)
[73] 夏,X。;李,J。;张杰。;Weng,G.J.,《通过不可逆热力学过程揭示石墨烯-聚合物纳米复合材料的玻璃化转变温度和温度依赖性存储模量》,《国际工程科学杂志》,158,第103411页,(2021)·Zbl 07278799号
[74] Xu,X。;卡拉米,B。;Janghorban,M.,《关于纳米壳的动力学》,《国际工程科学杂志》,158,第103431页,(2021)·Zbl 07278807号
[75] Xu,X。;卡拉米,B。;Shahsavari,D.,多孔弯曲纳米梁的时间依赖性行为,《国际工程科学杂志》,160,第103455页,(2021)·Zbl 07314436号
[76] Yan,Y。;李,J.-X。;马,X.-F。;Wang,W.-Q.,基于非局部应变梯度理论的CNT作为流体纳米传感器的应用和动力学行为,传感器和致动器A:物理,330,第112836页,(2021)
[77] Zarepour,M。;侯赛尼,S。;Akbarzadeh,A.,基于Eringen微分模型的具有挠曲电效应的Timoshenko压电纳米梁的几何非线性分析,应用数学模型,69,563-582(2019)·Zbl 1461.74042号
[78] 张,Q。;Liu,H.,关于多孔功能梯度微梁在移动荷载下的动态响应,《国际工程科学杂志》,153,第103317页,(2020)·Zbl 07228653号
[79] 张,P。;Qing,H.,功能梯度Timoshenko梁基于bi-Helmholtz核的两相非局部积分模型的闭式解,复合材料科学与技术,265,文章113770 pp.(2021)
[80] 张,P。;青,H。;Gao,C.-F.,基于应力驱动非局部积分模型的功能梯度材料Timoshenko弯曲纳米梁弯曲的精确解,复合材料科学与技术,245,第112362页,(2020)
[81] 朱,X。;Li,L.,受拉非局部应变梯度杆的闭合解,国际工程科学杂志,119,16-28(2017)·Zbl 1423.74334号
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