压电集成石墨烯增强功能梯度多孔板的等几何建模与分析

来源：振动与冲击杂志2024年第2期北京时间：

作者：刘庆运，刘康仁，张红一，刘涛,

单位：1.安徽工业大学机械工程学院，安徽马鞍山243002；2.上海大学机电工程与自动化学院，上海200072

摘要：基于等几何分析方法和一种仅含有4自由度的简化一阶剪切变形理论（Simple first-order shear deformation theory, S-FSDT）建立了压电集成石墨烯增强功能梯度多孔（Piezoelectric integrated graphene platelets reinforced functionally graded porous, P-GPLs-FGP）板的数值分析模型。首先，利用Halpin-Tsai微观力学模型、闭胞体高斯随机场理论和混合定律得到了石墨烯增强功能梯度多孔板的有效材料属性；其次，基于等几何分析方法、S-FSDT和哈密顿原理推导了P-GPLs-FGP板的运动控制方程，并通过与已有算例对比验证了模型的准确性和有效性；最后，利用所建模型分析了孔隙分布形式、孔隙系数、石墨烯分布形式、石墨烯质量分数、边界条件和宽厚比对P-GPLs-FGP板固有频率和机-电载荷作用下静态弯曲响应的影响。研究结果表明：板的刚度与孔隙系数成反比，而在基体材料中添加少量的石墨烯可以有效地增强结构的刚度；与其他组合形式相比，板的刚度在孔隙PD-S分布和石墨烯GPL-S分布时最大。

关键词：等几何分析；简化一阶剪切变形理论；压电；石墨烯；功能梯度多孔板