The subject of this paper is the analysis of free vibration of a thin plate band made of nonlinear functionally graded material. The considered material has periodic properties in one direction and slow but non-linear functionally graded properties in the other. The main attention is given to description of the effect of the material distribution on the overall response of the composite. The modelling approach is based on the tolerance averaging of the equation of motion. The general results are illustrated by the free vibration analysis of the bracket and the plate band simply supported on both sides.
A certain analysis of free vibration frequencies of a plate band with a smooth and a slow gradation of properties on the macro-level is made in this article. These plate bands have a tolerance-periodic structure on the micro-level. Hence, it can be shown that for such objects the effect of the microstructure size plays a crucial role in dynamic problems, cf. Jędrysiak [2009], Kaźmierczak and Jędrysiak [2011]. In order to describe this effect the tolerance model of these bands is applied in this paper. Moreover to evaluate obtained results the asymptotic model is used. Fundamental free vibrations frequencies of the plate band, using the Ritz method are calculated using these models. Higher free vibrations frequencies are also obtained in the framework of the tolerance model. Moreover the effect of differences of Young's modulus and of mass densities in the cell on the microlevel is shown.
PL
W tej pracy pokazano pewną analizę częstości drgań swobodnych pasma płytowego o gładkiej i wolnej zmianie własności na poziomie makro. Takie pasma płytowe mają budowę tolerancyjnie-periodyczną na poziomie mikro. Można więc wykazać, że w zagadnieniach dynamicznych takich obiektów wielkość mikrostruktury ma duże znaczenie [Jędrysiak 2009, Kaźmierczak i Jędrysiak 2011]. W celu opisania tego efektu zastosowano model tolerancyjnych tego rodzaju pasm płytowych. Ponadto otrzymane wyniki porównano z wynikami uzyskanymi modelem asymptotycznym. Podstawowe częstości drgań swobodnych pasma płytowego obliczono w obu modelach, korzystając z metody Ritza. Częstości wyższe otrzymano także w modelu tolerancyjnym. Pokazano również wpływ różnic modułów Younga i gęstości masy w komórce na poziomie mikro.
W pracy przedstawiono sposób obliczania częstości drgań własnych mikroniejednorodnego pasma płytowego. Sposób ten opiera się na metodzie przemieszczeń − jednej z klasycznych metod mechaniki budowli − i jest alternatywny w stosunku do technik homogenizacji. Przedstawiono również wyniki obliczeń uzyskane tym sposobem. Wyniki te są zgodne z intuicją inżynierską, co świadczy o poprawności ułożonego programu obliczeń.
EN
The paper presents a procedure of calculation of natural frequencies of a micro-non-homogeneous plate band. The procedure bases on the displacement method – one of the classical methods of mechanics of constructions – and is alternative to the homogenization techniques. There were also presented the results of calculation obtained with this procedure. These results are consistent with the engineer’s intuition, what confirms that the calculation program is completed properly.
The paper presents a procedure of calculation of natural frequencies and critical buckling forces of a micro-nonhomogeneous plate band resting on nonhomogeneous elastic subsoil and having any given boundary conditions. The band consists of N parts - cells - called elements, having a constant width l = L/N. Each band element consists of three parts - subelements with variable widths. The two of these subelements are matrix, the third - inclusion placed symmetrically relative to the matrix. Each band element is built of two isotropic materials. The matrix and inclusion bands have the stiffness and mass per area unit as well as they rest on the subsoil. The model has been derived with use of the classical displacement method. The stiffness matrix of any band element and then the band stiffness matrix have been built. An appropriate computer program has been written to calculate natural frequencies and critical buckling forces. A number of tests have been performed to check the working of the program and several calculative examples has been presented in the paper.
PL
W pracy przedstawiono sposób obliczania częstości drgań własnych i wyznaczania wartości sił krytycznych mikroniejednorodnego pasma płytowego o dowolnych warunkach brzegowych, spoczywającego na niejednorodnym podłożu sprężystym. Pasmo składa się z N części - komórek, zwanych elementami, o stałej szerokości l = L/N. Każdy element pasmowy składa się z trzech części - subelementów o zmiennych szerokościach. Dwie z nich są osnową, trzecia zaś wtrąceniem symetrycznie położonym względem osnowy. Każdy element pasmowy składa się z dwóch izotropowych materiałów. Pasma osnowy i wtrącenia mają pewne sztywności i masy na jednostkę powierzchni oraz spoczywają na podłożu o pewnej sztywności. Do wyznaczenia częstości drgań własnych i wartości krytycznych zastosowano metodę przemieszczeń. Zbudowano macierz sztywności dowolnego elementu pasmowego, a następnie macierz sztywności pasma. Ułożono odpowiedni program na wyznaczenie częstości drgań własnych i sił krytycznych ze względu na wyboczenie. Wykonano szereg testów sprawdzających działanie programu i podano szereg przykładów obliczeniowych.
The paper presents a certain way which determines the critical buckling force for a micro-heterogeneous FGM plate band. A stiffness matrix of an individual cell of such band, different for various cells, has been determined. The obtained matrix can also be treated as a variable stiffness matrix of a “superelement” in the Finite Element Method. A computational algorithm for the critical force as well as the way of testing of its correctness has also been presented. The results obtained for various support conditions have been compared to the values known from the literature. The influence of the number of cells on the critical buckling force has been investigated.
PL
W pracy rozpatrzono model mikroniejednorodnego pasma płytowego o funkcyjnej gradacji własności wzdłuż kierunku działania dużych sił osiowych (przyjęto, że jest to kierunek x). Własności mechaniczne pasma nie zależą od drugiego kierunku (y). Wyznaczono wartości krytyczne tych sił, przy których nastąpi utrata stateczności pasma.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.