图 文 导 读

图1 Graphical abstract

该文亮点：

1. 提出了一种四变量等效单层板理论，可准确高效地分析热环境中功能梯度夹层板的自由振动行为；

2. 建立了热环境中两种功能梯度夹层板自由振动的力学模型；

3. 对比分析了不同梯度分布、结构尺寸、温度等参数对两种功能梯度夹层板自由振动响应的影响。

Highlights:

1. An equivalent-single-layer (ESL) plate theory is presented to study the free vibration of FGM sandwich plates in thermal environment. This ESL plate theory has four variables, and shows good accuracy and efficiency.

2. Two types of sandwich plates are considered: one with FGM face sheets and homogeneous core, and the other with FGM core and homogeneous face sheets.

3. The influences of volume fraction distribution, geometrical parameters and temperature increment on the free vibration characteristics are analyzed and compared for the two types of sandwich plates.

功能梯度夹层结构兼具功能梯度材料和夹层结构的优势，在缓解层间应力的同时，保持了结构的轻量化，因而在航空航天、船舶、交通、生物医学工程等领域有着巨大的应用潜质。功能梯度夹层结构工作时，将不可避免地受到内外部载荷的作用，有时还将面临严酷的温差考验（如运载火箭、返回舱等）。因此，对热环境中功能梯度夹层结构力学行为的深入研究，是进一步推广应用功能梯度夹层结构的前提，具有重要的理论意义和工程实用价值。

南京航空航天大学陈国平教授团队在《国际机械系统动力学学报（英文）》（International Journal of Mechanical System Dynamics, IJMSD）发表“热环境中功能梯度夹层板的自由振动”研究论文。该文基于高阶剪切变形理论建立了热环境中功能梯度夹层板自由振动的力学模型，考虑了两种功能梯度夹层板：功能梯度表层-均质夹心和均质表层-功能梯度夹心。通过哈密尔顿原理导出热环境中功能梯度夹层板自由振动的控制方程，并利用纳维解法给出四边简支边界条件下的半解析解。经对比验证发现本文所提理论之精确高效。最后，研究了不同梯度分布、结构尺寸、温度等参数对于热环境中功能梯度夹层板自由振动响应的影响。

Abstract: This paper presents an analytical solution for the free vibration of functionally graded material (FGM) sandwich plates in a thermal environment. An equivalent-single-layer (ESL) plate theory with four variables is used to obtain the solution. Two types of sandwich plates are examined in this study: one with FGM face sheets and a homogeneous core and the other with an FGM core and homogeneous face sheets. The governing equations of motion are derived based on Hamilton's principle and then solved using the Navier method. The results of natural frequencies of simply supported FGM sandwich plates are compared with the available solutions in the literature. The effects of volume fraction distribution, geometrical parameters, and temperature increments on the free vibration characteristics are discussed in detail.

Keywords:

functionally graded material, sandwich plate, equivalent‐single‐layer theory, free vibration

DOI: 10.1002/msd2.12063

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/msd2.12063

Cite this article: Li D, Deng Z, Chen G. Free vibration offunctionally graded sandwich plates in thermal environments. Int J Mech Syst Dyn. 2023; doi:10.1002/msd2.12063

作 者 简 介

李栋栋    南京航空航天大学讲师，主要从事功能梯度材料结构力学、多孔材料结构力学等研究，从事材料力学课程的教学与教学改革。以第一/通讯作者发表论文12篇，担任Thin-Walled Structures、Materials and Design、应用数学和力学等国内外期刊审稿人。获授权发明专利1项，获授权软件著作权3项。

邓宗白    南京航空航天大学教授，江苏省教学名师，教育部高等学校力学基础课程教学指导委会委员、中国力学学会教育工作委员会实验教学分委员会主任。南京航空航天大学国家工科基础课程力学教学基地负责人、《材料力学》国家精品课程和国家精品资源共享课负责人、《材料力学漫谈》国家视频公开课负责人；长期从事复合材料结构力学、工程实验、测控技术和传感器等方面问题的研究。承担多项国家重点工程项目和省部级科研基金。发表科研/教学论文50多篇。获省部级科技进步三等奖2项，授权国家发明专利3项。

陈国平    南京航空航天大学教授，中国振动工程学会监事长、《振动工程学报》常务副主编。曾任中国振动工程学会副理事长、秘书长，中国科学技术协会第七、八届全国委员会委员。主要从事飞行器结构动力学分析与设计、复杂结构动力学与控制、结构减振和振动控制、先进材料结构的动力学分析和减振控制设计、振动与噪声控制、飞行器结构抗坠撞设计、振动疲劳分析与试验等研究。主持和参加了数十项科研项目，在国内外学术刊物上发表论文100多篇，获省部级科技奖励10余项。