第36卷第3期2023年6月Vol.36No.3Jun.2023四川轻化工大学学报（自然科学版）JournalofSichuanUniversityofScience&Engineering(NaturalScienceEdition)功能梯度石墨烯增强复合材料旋转梁强迫振动林位麒1,2，杨宇康1,2，林百川1,2，李映辉1,2（1.西南交通大学力学与航空航天学院，成都611756；2.应用力学与结构安全四川省重点实验室，成都611756）摘要：研究了功能梯度石墨烯增强复合材料（FunctionallyGraded-Graphene-Platelets-ReinforcedComposite，FG-GPLRC）旋转梁的非线性强迫振动。首先采用修正Halpin-Tsai微观力学模型和混合理论得到FG-GPLRC的有效弹性模量；考虑旋转效应并引入vonKa�rma�n几何非线性假设，基于Hamilton原理建立了FG-GPLRC旋转梁的运动控制方程。然后使用Galerkin法和多尺度法求得主共振响应的渐近解析解。最后通过数值分析讨论了石墨烯片（GPLs）含量、分布方式及几何性质对旋转梁强迫振动行为的影响。结果表明：填充GPLs能够同时提高梁的线性刚度和非线性刚度，但两者对共振响应的影响是相反的，在耦合作用下梁的共振响应随着GPLs质量分数的增大而减小；旋转运动造成的离心刚化效应增加了线性刚度但不能改变非线性刚度，从而使共振响应增大。关键词：复合材料；旋转梁；石墨烯增强；多尺度法；强迫振动中图分类号：O327文献标识码：A引言用碳纳米材料作为填充物进行机械性能增强的功能梯度复合材料，其材料性能与原基底材料相比有着巨大的提升，其中碳纳米管（CarbonNanotubes，CNTs）和石墨烯片（Graphene-Platelets，GPLs）是较常见的碳基增强体。GPL增强复合材料（Graphene-Platelets-ReinforcedComposite，GPLRC）相较于CNT增强复合材料（CarbonNanotube-ReinforcedComposite，CNTRC）表现出了更优异的抗断裂能力[1]，被广泛应用于智能穿戴、能源、检测传感等领域。石墨烯是少见的二维材料，因其有着优越的力学性能如极高的弹性模量、载流子迁移率、热传导率和拉伸强度而备受关注[2-5]。石墨烯作为增强剂与多种材料混合制成的功能梯度复合材料，可以减轻甚至消除不同材料复合之后因性能差异所导致的界面损伤，从而可以满足不同领域对材料不同功能的需求，尤其是应用于极端情况如航天器中可能存在内外表面温差超过1000℃的情形。上述优点使得功能梯度石墨烯增强复合材料（FunctionallyGraded-Graphene-Platelets-ReinforcedComposite，FG-GPLRC）在高铁、飞机、汽车、医疗等领域有着巨大的应用前景。因此，考察FG-GP...
