Analytical solutions for bending and buckling of an advanced FGM composite plate reinforced by graphene nano-platelets

Abstract

To meet regulatory and economic requirements, the aerospace, naval, and civil engineering industries are constantly looking for structures that are both strong and lightweight. The rapid advances in nanoscience and nanotechnology have gone a long way towards meeting this demand. Theoretical and experimental studies are converging on the development of new high-tech composites, such as FGMs (Functionally Graded Materials) and advanced composites, reinforced with graphene nano-platelets. These nano-platelets are proving promising, offering optimized mechanical, thermal, and electrical properties, and electrical properties with significant weight savings. This study aims to contribute to this development by examining the influence of graphene nano-platelet reinforcement on the bending and buckling response of an advanced composite plate. An adapted high-order shear deformation theory will be used to carry out this parametric study.

Résumé Les industries aérospatiale, navale, automobile et du génie civil recherchent constamment des structures à la fois résistantes et légères pour répondre aux exigences réglementaires et économiques. En grande partie, cette demande a été satisfaite grâce aux progrès rapides dans les domaines des nanosciences et de la nanotechnologie. Les recherches expérimentales et théoriques se concentrent sur la création de nouveaux composites de haute technologie tels que les matériaux à gradient fonctionnel (FGM) et les composites avancés renforcés par des nano- plaquettes de graphène. Ce sont des nano-plaquettes prometteuses car elles offrent des propriétés mécaniques, thermiques et électriques optimisées tout en offrant un gain de poids considérable. En examinant l'impact du renforcement en nano-plaquettes de graphène sur la réponse de flexion et de flambage d'une plaque composite avancée, cette étude vise à contribuer à ce développement. Pour mener cette étude paramétrique, une théorie de déformation d'ordre supérieur en cisaillement appropriée sera utilisée. ملخص تبحث صناعات الطيران وبناء السفن وصناعة السيارات والهندسة المدنية باستمرار عن هياكل قوية وخفيفة الوزن لتلبية المتطلبات التنظيمية والاقتصادية. وقد تم تلبية الكثير من هذا الطلب من خلال التقدم السريع في علوم النانو وتكنولوجيا النانو وتركز الأبحاث التجريبية والنظرية على إنشاء مركبات جديدة عالية التقنية مثل المواد المتدرجة الوظيفية والمركبات المتقدمة المعززة بصفائح نانوية من الجرافين. وتعد هذه الصفيحات النانوية واعدة لأنها توفر خصائص ميكانيكية وحرارية وكهربائية محسنة مع توفير كبير في الوزن. تهدف هذه الدراسة إلى المساهمة في هذا التطور من خلال فحص تأثير تقوية صفائح الجرافين النانوية على استجابة الانحناء والالتواء للوحة المركبة المتقدمة لإجراء هذه الدراسة الوسيطية، سيتم استخدام نظرية تشوه عالي الدرجة للقص.