Determination of natural frequencies of non-uniform aluminum beams coated with functionally graded materialModalanalyse von ungleichmäßigen Aluminiumträgern, die mit funktional abgestuftem Material beschichtet sind
Küçük Resim Yok
Tarih
2024
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Wiley-V C H Verlag Gmbh
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/closedAccess
Özet
The present study comprises a numerical analysis used to find the dimensionless natural frequencies of non-uniform aluminum beams coated with functionally graded material. The beams have variable width, and their variation is described by exponential and linear functions. While the coating material properties vary with a polynomial function, the lamination theory is used to calculate the overall properties of the functionally graded material coating. The beam is modeled as a modified Timoshenko beam and the gradual transition of the coating material properties as 25 layers of homogeneous isotropic material. In order to find the natural frequencies of the beam, finite element analysis was used, and the numerical results were processed with MATLAB, which were in good agreement with literature values. A parametric study is performed to study the effects of slenderness (L/H), coating thickness (h/H), skewness rate (S) and taper ratio (w2/w1) on the dimensionless natural frequencies. The study showed that tapering and skewing had a limited effect on the natural frequencies in general, however there exists a critical slenderness for every taper ratio and skewness rate where shape variation has a significant effect on the natural frequencies and should be considered. In der vorliegenden Studie wird eine numerische Analyse durchgefuhrt, um die dimensionslosen Eigenfrequenzen von ungleichmassigen Aluminiumtragern, die mit funktional abgestuftem Material beschichtet sind, zu ermitteln. Die Trager haben eine variable Breite und ihre Variation wird durch Exponential- und Linearfunktionen beschrieben. Weil die Eigenschaften des Beschichtungswerkstoffs mit einer Polynomfunktion variieren, wird die Laminierungstheorie verwendet, um die Gesamteigenschaften der funktional abgestuften Material-Beschichtung zu berechnen. Der Trager wird als modifizierter Timoshenko-Balken modelliert, und der allmahliche ubergang der Beschichtungsmaterialeigenschaften wird als 25 Schichten aus homogenem isotropem Material modelliert. Um die Eigenfrequenzen des Tragers zu ermitteln, wurde die Finite-Elemente-Analyse verwendet. Die von MATLAB gefundenen numerischen Ergebnisse stimmen mit Literaturwerten uberein. Eine Parameterstudie wurde durchgefuhrt, um die Auswirkungen von Schlankheit (L/H), Beschichtungsdicke (h/H), Schieferate (S) und Verjungungsverhaltnis (w2/w1) auf die dimensionslosen Eigenfrequenzen zu untersuchen. Die Studie zeigte, dass Verjungung und Schragstellung im Allgemeinen einen begrenzten Einfluss auf die Eigenfrequenzen haben, jedoch gibt es eine kritische Schlankheit fur jedes Verjungungsverhaltnis und jede Schieferate, bei der Formvariationen einen grossen Einfluss auf die Eigenfrequenzen haben und berucksichtigt werden sollten. The current paper elucidates the factors which should be considered when designing a metal structural element with non-uniform shape coated with functionally graded material. As a result, the effects of both material and shape parameters on the dimensionless natural frequencies are presented individually. image
Açıklama
Anahtar Kelimeler
dimensionless natural frequency, functionally graded material, lamination theory, mechanics, non-uniform beam, dimensionslose Eigenfrequenz, funktional abgestuftes Material, Laminierungstheorie, Mechanik, ungleichformiger Trager
Kaynak
Materialwissenschaft Und Werkstofftechnik
WoS Q Değeri
N/A
Scopus Q Değeri
Q3
Cilt
55
Sayı
2
