ارتعاش آزاد تیرهای مدرج هدفمند بر بستر ارتجاعی دو پارامتری با استفاده از روش دیفرانسیل کوادریچر

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 بخش مهندسی راه، ساختمان و محیط زیست، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

2 عضو هیات علمی بخش مهندسی راه، ساختمان و محیط زیست، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

تیرهای قرارگرفته بر بسترهای ارتجاعی یک مدل پر کاربرد در تحلیل و بررسی سازه‌های مهندسی می‌باشند. در دهه‌های اخیر به دلیل داشتن مقاومت بالا در برابر حرارت، جذب انرژی و وزن سبک تحقیقاتی در رابطه با مواد نوین همچون مواد مدرج هدفمند انجام شده است. خواص مکانیکی مواد مدرج هدفمند بصورت پیوسته از یک سطح به سطح دیگر از فلز به سرامیک تغییر می‌کند. در این نوشتار برای اولین بار معادلات حاکم بر ارتعاش آزاد تیرهای مدرج هدفمند بر بستر ارتجاعی دو پارامتری شامل فنر خطی و لایه برشی با استفاده از نظریه برشی مرتبه اول بدست و با بکارگیری روش دیفرانسیل کوادریچر تجزیه شده‌اند. با تجزیه شرایط مرزی با روش دیفرانسیل کوادریچر، اثر این شرایط در معادلات حاکم تجزیه شده آورده، دستگاه معادلات بدست آمده به حوزه فرکانس منتقل و فرکانس مسئله تعیین شده است. تأثیر شرایط مرزی، پارامترهای بستر ارتجاعی، نسبت طول به ضخامت و ضریب کسر حجمی از موارد بررسی شده در این نوشتار است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Free vibration of functionally graded beams on two parameters elastic foundation using differential quadrature method

نویسندگان [English]

  • Afshin Khalili 1
  • Ali-Reza vosoughi 2
  • Mahmoud-Reza Banan 1
  • Mohammad-Reza Banan 1
1 Dept. of Civil and Environmental Eng., School of Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
2 Dept. of Civil and Environmental Eng., School of Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
چکیده [English]

Todays, modern materials are widely used for construction of various structural elements such as beams, plates, shell and the other elements. One of these modern materials is functionally graded materials (FGMs). The uses of these materials are due to their mechanical properties and thermal conductivity. During the two past decades structural elements made from these materials have received wide applications in aerospace, mechanical and civil engineering. Material properties of the functionally graded materials vary continuously from metal on one surface to ceramic on the other surface. The distribution makes these materials applicable in different fields of engineering, especially in environments subjected to high thermal change. For obtaining the governing equations of the structural elements different theories of elasticity can be used. For solving the problems different analytical, numerical and semi-analytical methods can be applied. Among the numerical methods finite element, finite difference, finite volume, differential quadrature and the other methods may be used for solving the problems. The differential quadrature (DQ) method is an accurate, efficient and robust numerical solver with low computational cost. The DQ method has been used for solving free vibration, dynamic analysis and so on. This method can be used for solving structural elements alone or in conjunction with the other analytical or numerical methods. In this study, the method is used for free vibration analysis of functionally graded beams on two parameter elastic foundation. The elastic foundation has linear and shearing layers. The governing equations are derived based on the first order shear deformation theory (FSDT). The governing equations and the related boundary conditions are discretized using the DQ method. Then by employing method of separation of variables, the obtained equations are transferred from temporal domain to frequency domain and the frequency of the beam is calculated. Applicability, rapid rate of convergence and accuracy of the proposed method are demonstrated via solving some examples. Influences of different parameters such as linear and shearing layers, boundary conditions and height-to-length ratio on frequency of the beams are investigated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Functionally graded beams
  • elastic foundations
  • FSDT
  • differential quadrature method