Caracterización dinámica de placas que contienen grietas planas con materiales de gradiente funcional

Área de la Ciencia:

• Mecánica de los sólidos
• Ciencias de los materiales
• Análisis vibratorio

Sus antecedentes:

• Los materiales clasificados funcionalmente (FGM) ofrecen propiedades ajustables mediante la variación de la composición a través del grosor.
• Las grietas tienen un impacto significativo en la integridad estructural y el comportamiento dinámico de los materiales.
• La comprensión de las características de vibración es crucial para predecir el rendimiento y la falla del material.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un modelo de vibración para placas de material clasificado funcionalmente (FGM) que contengan grietas planas incrustadas.
• Analizar la influencia de los parámetros de las grietas y la distribución del gradiente del material en las características vibratorias de las placas FGM.
• Investigar el comportamiento asimétrico de desplazamiento inducido por gradientes de material durante la vibración.

Principales métodos:

• Aplicación de la teoría de la placa delgada y las suposiciones de deformación geométrica no lineal de von Kármán.
• Derivación de las energías cinéticas y potenciales para diferentes regiones materiales.
• Utilizando el método Ritz con funciones de prueba de campo de desplazamiento para determinar frecuencias y modos naturales.
• Análisis de placas de MGF graduadas exponencialmente con grietas planas incrustadas.

Principales resultados:

• Las frecuencias naturales disminuyen a medida que aumenta la longitud de la grieta.
• La presencia de grietas modifica los patrones de línea nodal y la simetría del modo.
• El desplazamiento relativo se produce entre las superficies superiores e inferiores de las grietas durante la vibración libre.
• Los coeficientes de gradiente de los materiales inducen asimetría de espesor y dirección y desplazamientos no uniformes.

Conclusiones:

• Las características de las grietas y los coeficientes de gradiente del material son factores críticos que afectan a la vibración de las placas FGM.
• La presencia de grietas altera significativamente la respuesta dinámica y los modos de vibración.
• La asimetría del material en cuanto al grosor en las placas de MGF conduce a patrones de desplazamiento complejos, especialmente cerca de grietas.