Analysis of vibration characteristics and buckling behaviour of rotating fiber–graphene-reinforced composite pre-twisted shells

屈曲 材料科学 振动 复合数 结构工程 复合材料 石墨烯 纤维 工程类 声学 物理 纳米技术
作者
I. Ramu,Chandra Sekhar Jowdula,M. Venu,N Malleswararao Battina,N. V. V. Manikanta,G. Raghavendra
出处
期刊:Transactions of The Canadian Society for Mechanical Engineering [Canadian Science Publishing]
卷期号:49 (2): 301-310
标识
DOI:10.1139/tcsme-2024-0120
摘要

This study presents a novel approach to analyze the vibration and buckling behaviour of pre-twisted fiber-reinforced polymer composite shells reinforced with graphene inclusions. A key novelty lies in incorporating graphene’s size-dependent mechanical properties are derived from nanoscopic empirical equations into the analysis. This allows for a more accurate prediction of the overall mechanical response of the composite, particularly at the nanoscale. The Halpin–Tsai model is employed to determine the equivalent elastic constants of the graphene-reinforced matrix, and a finite element formulation based on curved shear deformable shell theory is developed. The model’s accuracy is validated against existing experimental or numerical results. Also, this study provides a comprehensive parametric analysis, investigating the influence of key factors, such as graphene volume fraction, twist angle, aspect ratio, hub radius, and rotation speed on the vibration frequency and buckling load of the pre-twisted shells. These findings offer valuable insights for the design and optimization of lightweight and high-performance composite structures utilized in aerospace, automotive, and other engineering applications.
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