Free Vibration Analysis for Polyester/Graphene Nanocomposites Multilayer Functionally Graded Plates

Ш.К. Абд Альквадер; Б.О. Бедаіві; Е.К. Нджім; А.М. Тахах; Л. Хаджь

doi:10.15330/pcss.25.4.704-717

Автор(и)

Ш.К. Абд Альквадер Факультет машинобудування, Інженерний коледж, Університет Мустансірія, Ірак
Б.О. Бедаіві Факультет машинобудування, Інженерний коледж, Університет Мустансірія, Ірак
Е.К. Нджім Міністерство промисловості та корисних копалин, Державна компанія гумової та шинної промисловості, Ірак
А.М. Тахах Кафедра механічної інженерії, Інженерний коледж, Університет Аль-Нахрейн, Ірак
Л. Хаджь Кафедра машинобудування, Університет Тіарет, Тіарет, Алжир

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.4.704-717

Ключові слова:

FGM, нанокомпозити, геометричні властивості, частота, ABAQUS

Анотація

Нанокомпозит FGM, виготовлений із багатьох шарів наночастинок графену та матриці на основі поліефіру, створено за допомогою прес-форм із технікою ручного укладання для досягнення точної форми та зменшення дефектів кінцевого продукту. Прогнозовані моделі мають чотири, шість та 11 шарів, а також різні об’ємні частки наночастинок (0,5, 1, 2, 3, 4 та 5%). У цьому дослідженні проведено експериментальні випробування для аналізу характеристик вільної вібрації функціонально градуйованих композитних сендвіч-прямокутних конструкцій для оцінки впливу кількості дірок і локалізації зрізів на основних частотах. Для дірок використовуються три моделі (2, 4 і 6) отворів діаметром 10 мм, а для вирізів використовуються три геометричні конструкції (круглу, прямокутну і трикутну) із різними співвідношеннями сторін (r = 1, 1,5, 2 і 2.5).

Для перевірки експериментального рішення з використанням модального аналізу та аналізу кінцевих елементів (FEA) проведено чисельне дослідження з використанням програмних засобів ABAQUS. Експериментальні висновки та чисельні розрахунки демонструють задовільний рівень збігу із максимальною розбіжністю 9,5 %. Результати показують, що основна частота зменшується зі збільшенням співвідношення сторін вирізів (r = a/b). Існує мінімальна варіація між r =1 і r = 1,5, але помітне зменшення спостерігається при співвідношенні сторін r = 2,5. На таку відмінність впливає, в першу чергу, тип градієнта матеріалу та кількість отворів, зокрема для заданої товщини функціонально градуйованих (FG) пластин.

Посилання

M.J. Jweeg, E.K. Njim, O.S. Abdullah, M.A. Al-Shammari, M. Al-Waily, & S.H. Bakhy, Free Vibration Analysis of Composite Cylindrical Shell Reinforced with Silicon Nanoparticles: Analytical and FEM Approach. In Physics and Chemistry of Solid State, 24(1), 26 (2023); https://doi.org/10.15330/pcss.24.1.26-33.

H. Raad, E.K. Njim, M.J. Jweeg, & M. Al-Waily, Sandwiched Plate Vibration Analysis with Open and Closed Lattice Cell Core. In Physics and Chemistry of Solid State, 24(2), 312 (2023); https://doi.org/10.15330/pcss.24.2.312-322

E.K. Njim, S.E. Sadiq, M. S. A.-D. Tahir, M.A. Flayyih, & L. Hadji, Flexural Bending and Fatigue Analysis of Functionally Graded Viscoelastic Materials: Experimental and Numerical Approaches. In Physics and Chemistry of Solid State, 24, (4), 628 (2023); https://doi.org/10.15330/pcss.24.4.628-639.

E. K. Njim, S. Emad, and M. Noori Hamzah, A Recent Review of the Sandwich-Structured Composite Metamaterials: Static and Dynamic Analysis, Jurnal Teknologi, 85(5). 133 (2023); https://doi.org/10.11113/jurnalteknologi.v85.2028.

M. Al-Shablle, E.K. Njim, M.J. Jweeg, and M. Al-Waily, Free vibration analysis of composite face sandwich plate strengthens by Al2O3 and SiO2 nanoparticles materials. In Diagnostyka. 24(2), 1(2023); https://doi.org/10.29354/diag/162580.

Jawad. K. Oleiwi, Nesreen Dakhel Fahad, Marwah Mohammed Abdulridha, Muhannad Al-Waily, Emad Kadum Njim, Laser Treatment Effect on Fatigue Characterizations for Steel Alloy Beam Coated with Nanoparticles, International Journal of Nanoelectronics and Materials, 16, 105(2023).

M. Al-Shablle, M. Al-Waily and E. K. Njim, Analytical evaluation of the influence of adding rubber layers on free vibration of sandwich structure with the presence of nano-reinforced composite skins, Archives of Materials Science and Engineering, 116(2), 57 (2023); https://doi.org/10.5604/01.3001.0016.1190.

V. N. Burlayenko and T. Sadowski, Free vibrations and static analysis of functionally graded sandwich plates with three-dimensional finite elements, Meccanica, 55, 815 (2020); https://doi.org/10.1007/s11012-019-01001-7.

Q. Wang, Z. Li, B. Qin, R. Zhong, and Z. Zhai, Vibration characteristics of functionally graded corrugated plates by using differential quadrature finite element method, Composite Structures, 2021, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114344.

L. Sinha, D. Das, A. N. Nayak, and S. K. Sahu, Experimental and numerical study on free vibration characteristics of laminated composite plate with/without cutout, Composite Structures, 256, 2021; https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113051.

E.K. Njim, S.H. Bakhy, and M. Al-Waily, Analytical and Numerical Investigation of Free Vibration Behavior for Sandwich Plate with Functionally Graded Porous Metal Core, Pertanika Journal of Science and Technology, Universiti Putra Malaysia, 29(3), 2021; https://doi.org/10.47836/pjst.29.3.39.

N. D. Duc and P. P. Minh, Free vibration analysis of cracked FG CNTRC plates using phase field theory, Aerospace Science and Technology, 112, 2021; https://doi.org/10.1016/j.ast.2021.106654.

X.C. He, J.S. Yang, G.X. Mei, and L.X. Peng, Bending and free vibration analyses of ribbed plates with a hole based on the FSDT meshless method, Engineering Structures, 272, 2022; https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114914.

V. Gopalakrishnan, V. Dhakshain Balaji, C. Ajay, AL. Muthuveerappan, and L. Bhaskara Rao, Vibrational Analysis of Circular Composite Plates with Square Cutout, Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer Nature Singapore, 191 (2022); https://doi.org/10.1007/978-981-16-7282-8_13.

J. Zhao et al., Complementary effects on vibration characteristics of functionally graded graphene reinforced magnetorheological elastomer sandwich plates, Engineering Structures, 270; (2022); https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114864.

Q. Zang, J. Liu, W. Ye, F. Yang, C. Hao, and G. Lin, Static and free vibration analyses of functionally graded plates based on an isogeometric scaled boundary finite element method, Composite Structures, 288 (2022); https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.115398.

J. Zhu, Z. Fang, X. Liu, J. Zhang, and Y. Kiani, Vibration characteristics of skew sandwich plates with functionally graded metal foam core, Structures, 55, 370 (2023); https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.06.039.

J. Kumar Prusty, G. Papazafeiropoulos, and S. Chandra Mohanty, Free Vibration Analysis of Sandwich Plates with Cut-Outs: An Experimental and Numerical Study with Artificial Neural Network Modelling, Composite Structures, 2023; https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.117328.

R. Ma, Q. Jin, and H. Sun, Free vibration of smart functionally graded laminated plates with graphene reinforcements, Acta Mechanica. Springer Science and Business Media LLC, 2023; https://doi.org/10.1007/s00707-023-03633-z.

ASTM D638, Standard test method for tensile properties of plastics," Annual Book of ASTM Standards, American Society of Testing and Materials, West Conshohocken, 2014.

A. Al-Behadili, and B.O. Bedaiwi, Experimental and Numerical Measurement of the Impact Strength of Polylactic Acid through a Low-velocity Impact, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1094; (2021).

Bashar O. Bedaiwi, Vibration Transimmition of Human Femuer Bone Due to Massage Device, International Journal of Applied Engineering Research, 12 (24), 15101 (2017).

Bashar A Bedaiwi and Jumaa S Chiad, Vibration analysis and measurement in the below knee prosthetic limb part I: Experimental work (ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Proceedings (IMECE)) (2012).

Mouthanna, S. H. Bakhy, M. Al-Waily, and E. K. Njim, Free Vibration Investigation of Single-Phase Porous FG Sandwich Cylindrical Shells: Analytical, Numerical and Experimental Study, Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering. Springer Science and Business Media LLC, 2023; https://doi.org/10.1007/s40997-023-00700-7.

E. K. Njim, S.H. Bakhy, and M. Al-Waily, Free vibration analysis of imperfect functionally graded sandwich plates: analytical and experimental investigation, Archives of Materials Science and Engineering, 111(2), 49 (2021); https://doi.org/10.5604/01.3001.0015.5805.

E.K. Njim, H.R. Hasan, M.J. Jweeg, M. Al-Waily, A.A. Hameed, A.M. Youssef, & F.M. Elsayed, Mechanical Properties of Sandwiched Construction with Composite and Hybrid Core Structure. In K. Pielichowska (Ed.), Advances in Polymer Technology 2024, 1 (2024); https://doi.org/10.1155/2024/3803199.

M. Al-Waily, H. Raad, and E.K. Njim, Free Vibration Analysis of Sandwich Plate-Reinforced Foam Core Adopting Micro Aluminum Powder. In Physics and Chemistry of Solid State. 23, (4), 659 (2022); https://doi.org/10.15330/pcss.23.4.659-668.

E.K. Njim, S.H Bakhy, and Al-Waily, Optimisation Design of Functionally Graded Sandwich Plate with Porous Metal Core for Buckling Characterisations. In Pertanika Journal of Science and Technology, 29 (4), (2021); https://doi.org/10.47836/pjst.29.4.47.

E.K. Njim, S.H. Bakhy, and Al-Waily, Analytical and Numerical Investigation of Buckling Behavior of Functionally Graded Sandwich Plate with Porous Core, Journal of Applied Science and Engineering, 25(2), (2022); https://doi.org/10.6180/jase.202204_25(2).0010.

Ma Quanjin, M.N.M. Merzuki, M.R.M. Rejab, M.S.M. Sani, & Bo Zhang, Numerical Investigation on Free Vibration Analysis of Kevlar/Glass/Epoxy Resin Hybrid Composite Laminates. In Malaysian Journal on Composites Science & Manufacturing, 9(1), 11(2022); https://doi.org/10.37934/mjcsm.9.1.1121.

N. Ye, C. Su, & Y. Yang, Free and Forced Vibration Analysis in Abaqus Based on the Polygonal Scaled Boundary Finite Element Method. In D. Rizos (Ed.), Advances in Civil Engineering, 1 (2021); https://doi.org/10.1155/2021/7664870.

E.K. Njim, S.H. Bakhy, and M. Al-Waily, Analytical and numerical flexural properties of polymeric porous functionally graded (PFGM) sandwich beams. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering; 110 (1), 5 (2022); https://doi.org/10.5604/01.3001.0015.7026.

J.A. Moreira, F. Moleiro, & A.L. Araújo, Layerwise electro-elastic user elements in Abaqus for static and free vibration analysis of piezoelectric composite plates. In Mechanics of Advanced Materials and Structures, 29(21), 3109 (2021); https://doi.org/10.1080/15376494.2021.1886381.

P. Van Vinh and L. Q. Huy, Finite element analysis of functionally graded sandwich plates with porosity via a new hyperbolic shear deformation theory, Defence Technology, 2021. https://doi.org/10.1016/j.dt.2021.03.006.