چکیده

در دنیای امروز، مواد کامپوزیتی پیشرفته مانند ورق‌های مدرج تابعی (FGM) تقویت‌شده با نانو صفحه‌های گرافیتی (GPLs) به دلیل خواص مکانیکی برتر، کاربرد گسترده‌ای در صنایع پتروشیمی و مهندسی مکانیک پیدا کرده‌اند. این مواد با توزیع تابعی خواص، مقاومت بالایی در برابر ارتعاشات و انتشار موج نشان می‌دهند. با این حال، تحلیل دقیق رفتار ارتعاشی آن‌ها تحت تأثیر عوامل خارجی مانند میدان‌های الکترومغناطیسی و محیط ویسکوالاستیک ضروری است. بیان مسئله نشان‌دهنده نیاز به مدل‌سازی واقع‌گرایانه با در نظر گرفتن اثرات مقیاس کوچک و ویسکوالاستیسیته است. اهمیت تحقیق در بهبود طراحی سازه‌های نانوکامپوزیتی برای کاربردهای صنعتی مانند شرکت ملی صنایع پتروشیمی است. ضرورت پژوهش از کمبود مطالعات در زمینه ارتعاشات میکرو ورق‌های پیزوالکتریک ویسکوالاستیک ناشی می‌شود.

اهداف اصلی/ فرعی  پژوهش

روش تحقیق تحلیلی است و بر پایه تئوری گرادیان کرنشی اصلاح‌شده و تئوری تغییر شکل برشی سینوسی بنا شده است. برای مدل‌سازی ویسکوالاستیسیته از مدل کلوین - ویت استفاده شد و محیط اطراف به صورت ویسکو - پاسترناک ارتوتروپیک در نظر گرفته گردید. سازه تحت میدان الکترومغناطیسی دوبعدی قرار دارد و چینش نانو صفحه‌ها در چهار الگوی FG-O، FG-X، FG-UD و FG-A توزیع شده است. خواص مکانیکی با قوانین هالپین-تسای و مخلوط محاسبه گردید. معادلات حرکت با اصل همیلتون استخراج شد و فرکانس‌ها و سرعت فازی به صورت تحلیلی حل گردید. اعتبارسنجی با مقایسه نتایج با مراجع موجود انجام گرفت و پارامترهای مانند کسر وزنی، نسبت ابعادی و میدان‌ها بررسی شد.

روش تحقیق/ اجرا

هدف اصلی: تحلیل ارتعاشات و انتشار موج در ورق‌های مدرج تابعی تقویت‌شده با GPLs تحت تئوری‌های سینوسی و گرادیان کرنشی برای بهبود عملکرد سازه‌های صنعتی.

اهداف فرعی: ۱) مدل‌سازی اثرات مقیاس کوچک با تئوری گرادیان کرنشی و تنش کوپله، ۲) بررسی تأثیر میدان الکترومغناطیسی و محیط ویسکوالاستیک بر فرکانس و سرعت فازی، ۳) ارزیابی توزیع‌های مختلف چینش GPLs و کسر وزنی بر رفتار مکانیکی، ۴) اعتبارسنجی نتایج با تحقیقات پیشین و ارائه پیشنهادات برای کاربردهای پتروشیمی.

یافته­ ها

نتایج نشان داد که چینش FG-X بیشترین فرکانس طبیعی را دارد و با افزایش کسر وزنی GPLs، سفتی سیستم تا ۶۵% افزایش می‌یابد.  افزایش میدان مغناطیسی فرکانس و سرعت فازی را بالا می‌برد، در حالی که افزایش دمپینگ ویسکوالاستیک آن را کاهش می‌دهد. محیط ویسکو - پاسترناک ارتوتروپیک بیشترین تأثیر مثبت را دارد. در انتشار موج، افزایش عدد موج سرعت فازی را افزایش می‌دهد و نسبت طول به ضخامت آن را کاهش می‌دهد. زوایای میدان مغناطیسی بر سفتی تأثیرگذار است.

نتیجه و بحث

رویکرد پیشنهادی با ترکیب تئوری‌های سینوسی و گرادیان کرنشی، رفتار ارتعاشی ورق‌های نانوکامپوزیتی را به طور دقیق مدل‌سازی کرد و کنترل با میدان‌های خارجی را ممکن ساخت. افزایش کسر وزنی و میدان مغناطیسی سفتی را بهبود می‌بخشد، اما افزایش دمپینگ فرکانس را کاهش می‌دهد. محدودیت‌ها شامل عدم در نظر گرفتن اثرات حرارتی است.

واژگان کلیدی

ارتعاشات آزاد، انتشار موج، ورق میکروکامپوزیتی تقویت شده با نانو صفحات گرافنی، تئوری تغییر شکل برشی سینوسی، تئوری گرادیان کرنشی، مدل ویسکوپاسترناک ارتوتروپیک، میدان الکتریکی و مغناطیسی