Phân tích dao động tự do kết cấu tấm nano auxetic áp điện

Bài báo "Phân tích dao động tự do kết cấu tấm nano auxetic áp điện" phân tích dao động tự do tấm nano sandwich với lớp lõi tổ ong auxetic, lớp bề mặt là vật liệu áp điện theo lý thuyết biến dạng cắt bậc cao bốn ẩn phi cục bộ. Các phương trình cân bằng động cho tấm nano chữ nhật bốn biên tựa khớp được thiết lập từ nguyên lý Hamilton. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích dao động tự do kết cấu tấm nano auxetic áp điện 435 521 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022 Phân tích dao động tự do kết cấu tấm nano auxetic áp điện Vũ Văn Thẩm1, Trần Hữu Quốc1 và Trần Minh Tú1 1 Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Đại học Xây dựng Hà Nội *Email: thamvv@huce.edu.vn Tóm tắt. Bài báo phân tích dao động tự do tấm nano sandwich với lớp lõi tổ ong auxetic, lớp bề mặt là vật liệu áp điện theo lý thuyết biến dạng cắt bậc cao bốn ẩn phi cục bộ. Các phương trình cân bằng động cho tấm nano chữ nhật bốn biên tựa khớp được thiết lập từ nguyên lý Hamilton. Sự biến đổi của điện thế theo hướng chiều dày lớp áp điện giả thiết tuân theo quy luật hàm cosin. Nghiệm giải tích cho bài toán phân tích dao động tự do của tấm nano bốn biên tựa khớp được xây dựng bằng cách sử dụng dạng nghiệm Navier. Độ tin cậy của mô hình và chương trình tính được kiểm chứng qua so sánh với các kết quả đã công bố. Các khảo sát số thực hiện nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của đặc trưng vật liệu, kích thước hình học và tham số phi cục bộ đến tần số dao động tự do của tấm auxetic áp điện kích thước nano. Từ khóa: Dao động tự do, tấm nano, vật liệu auxetic, vật liệu áp điện, lý thuyết đàn hồi phi cục bộ.1. Giới thiệu Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, một lĩnh vực ứng dụng mới vềcác kết cấu micro, nano đã được phát triển. Theo đó các đối tượng kết cấu dạng dầm, tấm, vỏ có kíchthước nano đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước. Lý thuyếtđàn hồi phi cục bộ được Eringen [1, 2] lần đầu đề xuất với giả thiết rằng ứng suất tại một điểm trongmột vật thể liên tục là hàm của biến dạng tại tất cả các điểm lân cận thuộc vật thể liên tục đó. Lý thuyếtđàn hồi phi cục bộ sử dụng để xây dựng các phương trình vi phân cân bằng và phương trình chuyểnđộng cho các kết cấu kích thước nano. Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, các nhà khoa học đã phát minh, chế tạo ra nhiều loại vật liệutiên tiến, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật ngày càng cao. Các vật liệu tiên tiến có thể kể đến như vật liệucomposite, vật liệu có cơ tính biến thiên FGM, vật liệu rỗng. Về cơ bản, những vật liệu này có đều cóhệ số Poisson dương. Lấy cảm hứng từ thiên nhiên, vật liệu cấu trúc tổ ong với hệ số Poisson âm gọi làvật liệu auxetic đã được sản xuất. Vật liệu auxetic đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực do sởhữu những đặc tính ưu việt như siêu nhẹ, tỷ lệ độ cứng trên trọng lượng cao, cách âm và khả năng hấpthụ năng lượng vượt trội [3]. Hơn nữa, vật liệu auxetic còn có ưu điểm hơn so với các vật liệu truyềnthống như độ dẻo cao, khả năng chống cắt, chống đứt gãy dưới tải trọng cơ học và nhiệt độ [4]. Wan vàcộng sự [5] lần đầu tiên tiếp cận lý thuyết để nghiên cứu hệ số Poisson âm của vật liệu có cấu trúc tổong auxetic, dựa trên lý thuyết biến dạng lớn. Zhu và cộng sự [6] kết hợp lý thuyết biến dạng cắt bậc bavà lý thuyết phi tuyến Von-Karman để khảo sát dao động tự do của tấm sandwich tổ ong auxetic. Bêncạnh đó, Tran và cộng sự [7] đã nghiên cứu đáp ứng động của tấm sandwich auxetic chịu tải trọng diđộng trên nền đàn hồi bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Nam và đồng nghiệp [8] đã sử dụng phần tửtấm đa giác dựa trên IGA để phân tích tĩnh và động tấm sandwich lõi tổ ong auxetic. Quoc‑Hoa và côngsự [9] đã phân tích dao động của tấm nano auxetic bằng phương pháp phần tử hữu hạn bậc ba cải tiếnvà lý thuyết đàn hồi phi cục bộ. Duc và cộng sự đã phân tích đáp ứng động phi tuyến của tấm sandwichauxetic [10] và vỏ thoải hai độ cong auxetic [11]. Các nghiên cứu trên đều cho thấy những ưu điểm vượttrội của vật liệu tổ ong auxetic. Vật liệu áp điện (piezoelectric material) là loại vật liệu thay đổi hình dạng, kích thước dưới tácđộng của điện trường hoặc tự sinh ra điện trường khi bị biến dạng [12]. Do sở hữu đặc tính riêng biệt,vật liệu áp điện kích thước nano được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như máy cộng hưởngnano, máy phát nano, đi ốt phát quang, cảm biến hóa học [13-15]. Điều đáng lưu ý là hiệu ứng áp điện 436522 Vũ Văn Thẩm, Trần Hữu Quốc và Trần Minh Tútrở nên rõ ràng hơn khi kích thước giảm xuống nano. Kết quả này đã được chứng minh bằng các thínghiệm và mô phỏng nguyên tử [16, 17]. Hiện nay các kết cấu dạng dầm, tấm, vỏ nano làm từ vật liệuáp điện đang được cộng đồng các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Jamalpoor và cộng sự [18] đãphân tích dao động tự do và ổn định tấm nano sandwich điện từ trường đàn hồi (Magneto-electro-elasticMEE) theo lý thuyết tấm cổ điển phi cục bộ. Mohammad Arefi và cộng sự đã phân tích dao động tự dot ...