兰州理工大学学报

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TiAlN/Cr、TiAlN/CrN和TiAlN/CrAlN多层涂层的热盐腐蚀行为

何泽年, 王顺花, 蒲吉斌

2023 (4): 1-10.

摘要 ( 350 )

PDF(10106KB) ( 234 )

钛合金的热盐腐蚀问题已引起人们的广泛关注,金属氮化物防护涂层是延长钛合金服役寿命的有效途径.采用多弧离子镀技术在钛合金表面沉积了TiAlN/Cr涂层、TiAlN/CrN涂层、TiAlN/CrAlN-5涂层和TiAlN/CrAlN-10涂层.通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、划痕测试仪、3D激光显微镜等测试手段对比研究了4种多层涂层的热盐腐蚀行为,分析了涂层热盐腐蚀前后的微观形貌和物相成分.结果表明:Al元素的添加和调制周期的优化可以提高涂层的致密性,改善涂层表面质量.其中TiAlN/CrAlN-10多层涂层由于界面密度高,表现出优异的耐热盐腐蚀性能.

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微量Fe、Ni和Ti复合对Al-20Si合金微观组织及其性能的影响

张杰, 张宇, 王平波, 王凯龙, 兰晔峰, 李庆林

2023 (4): 11-16.

摘要 ( 179 )

PDF(4754KB) ( 150 )

Fe、Ni和Ti元素以AlFeNiTi中间合金的形式添加,AlFeNiTi中间合金(原子比1∶1∶1∶1)通过真空电弧熔炼炉进行熔配,研究中间合金添加量(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%,质量分数)对Al-20Si合金中Si相、α-Al和力学性能的影响.结果表明:当Al-20Si合金中添加2.0%AlFeNiTi中间合金时,初生Si的形貌由粗大不规则块状和五瓣星状变质为细小规则的块状,其平均尺寸从未变质时的91 μm减小到40 μm,减小56.1%;共晶Si形貌从粗大的针片状变质为边缘钝化的细小粒状,而且α-Al的二次枝晶显著减小,形貌由粗大树枝晶细化为蔷薇状组织.合金的抗拉强度由129 MPa(未变质合金)增加到182 MPa(2.0%AlFeNiTi变质),增加了41.1%,延伸率由0.8%提高到1.43%,提高了78.7%.

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WC含量对定向结构Ni60涂层微观组织及其摩擦性能的影响

殷翔, 马成燕, 周凯, 王新民, 王毅, 魏亨利

2023 (4): 17-23.

摘要 ( 155 )

PDF(6079KB) ( 189 )

采用火焰喷涂和感应重熔+强制冷却复合技术在45钢基体上制备了Ni60/WC定向结构涂层,研究了不同WC质量分数(5%、20%、35%、50%)对定向结构涂层微观组织、硬度和摩擦磨损性能的影响.结果表明:随着WC质量分数的增加,定向结构涂层中靠近界面处的枝晶表现为合并择优生长的趋势;定向结构涂层内的各类硬质相填充于晶界,起到了强化晶界的作用.涂层的硬度随着WC质量分数增加呈现正相关上升趋势,涂层的摩擦系数与磨损率随着涂层中WC质量分数的增加先减小后增大.

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基于铝合金的电磁驱动锤击力建模及实验

崔帅华, 林晓辉, 朱思捷, 蔡伟煌, 孙宇奇

2023 (4): 24-29.

摘要 ( 151 )

PDF(2895KB) ( 118 )

以6061铝合金为研究对象,建立预测机械锤击力对工件表面形变的数学模型.对该模型进行LS-Dyna有限元分析,并搭建工业机器人和音圈电机组成的机械锤击装置,探究锤击力对工件表面形变和硬度的影响,进而验证和修正理论模型.结果表明:工件表面形变随锤击力增加而增大,有限元仿真结果与数学模型的预测结果较为相近,平均误差为9.05%;进一步通过对单点锤击实验结果分析得到锤击模型的修正系数为0.7.同时锤击力越大,表面硬度也越高,锤击力为69 N时,工件表面硬度提升90.45%.

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滚动轧制对7050铝合金FSW接头组织的影响

金玉花, 周子正, 邢逸初, 吴博

2023 (4): 30-34.

摘要 ( 117 )

PDF(4098KB) ( 85 )

采用自制的滚动轧制头对5 mm厚的7050铝合金搅拌摩擦焊接头进行表面滚动轧制处理,并对滚动轧制前后接头的表面粗糙度、变形程度及横截面纵深方向微观组织演化进行了分析.结果表明:滚动轧制后接头的表面粗糙度得到改善,R_a由焊接态的7.45 μm减小至6.82 μm.接头横截面纵深方向从表面向下分为过渡良好的3层,依此为变形层、过渡层及微塑性变形层.变形层是应变最显著的微区,应变呈梯度分布,表层变形最大,随着距接头表面深度的增大而降低.变形层因经历了最大的变形,焊核区原始的等轴状晶粒变形细化,在距接头表面一定深度范围内形成厚度不等的纳米结构.

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基于GSRDPGE算法的转子故障数据集降维方法研究

周宏飞, 赵荣珍

2023 (4): 35-41.

摘要 ( 118 )

PDF(3160KB) ( 146 )

针对旋转机械故障数据集因高维和信息冗余而导致故障分类困难的问题,提出有效降低数据维数的组稀疏残差判别保持图嵌入算法.首先,该算法改进了类间稀疏编码的方式,得到了更具判别性的类间稀疏权重矩阵;然后,通过加权的方式清除特征集中离群点对稀疏编码的影响;最后,以类内重构散度最小、类间重构散度最大为目标计算最优判别投影矩阵.通过Iris仿真数据集和双跨转子系统的故障数据集对所提算法进行验证,并与其他几种典型降维算法对比,证明该算法能够同时兼顾数据分布状态的全局性和局部性,使故障类别之间差异性更突出,并能够提高故障模式识别准确率.研究表明,该算法可为转子故障智能诊断提供参考依据.

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热泵涡旋压缩机的热力学特性

彭斌, 周天昊, 刘慧鑫, 刘帅, 杨宝坤, 何吉祥

2023 (4): 42-48.

摘要 ( 146 )

PDF(3458KB) ( 303 )

基于热泵涡旋压缩机几何参数、热力学第一定律、质量能量守恒定律等,建立了热泵涡旋压缩机的几何模型和热力学模型.利用欧拉法对所建热力学模型进行求解,得到了压缩机运行1个周期工作腔内工质温度、压力、质量的变化规律,并进一步分析了不同工况条件下热泵涡旋压缩机工作过程中泄漏量的变化规律.同时,通过搭建实验平台对所建热力学模型进行了验证.结果表明:吸气压力和吸气温度对压缩腔的影响最大,吸气压力降低0.1 MPa时第三压缩腔泄漏量降低9.45%,吸气温度降低5 ℃时第三压缩腔泄漏量降低6.841%;而转速的变化对涡旋压缩机各个工作腔泄漏量的影响比较平均;且实验值与模拟值接近,验证了模型的正确性,可为热泵涡旋压缩机的性能优化提供一定的理论参考.

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大型风力发电机输出功率建模方法

张岩, 马壮, 董博, 郑玉巧

2023 (4): 49-53.

摘要 ( 172 )

PDF(2650KB) ( 471 )

输入风速的变化特点直接影响着风力发电机输出功率建模.采用非线性最小二乘法和差分进化算法计算参数,结合具备较高精度的启发式算法寻优构建,运用Logistic函数进行大型风力发电机输出功率建模研究,并对比分析不同方法对应风力发电机输出功率模型的建模精度.结果表明:非线性最小二乘法更适合所提模型参数计算,传统输出功率模型高精度源于模型中人为定义的额定功率值,Logistic函数输出功率模型无需人为定义额定功率值,在相同条件下该输出功率特性模型建模精度较优.

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基于OpenCASCADE的三维轴流泵叶轮设计系统

顾明磊, 刘厚林

2023 (4): 54-60.

摘要 ( 148 )

PDF(4851KB) ( 241 )

目前泵设计系统普遍依赖商用CAD软件的二次开发,容易受到制约.为此,利用OpenCASCADE相关建模函数和Qt构建的人机交互界面开发了拥有自主知识产权的三维轴流泵叶轮设计系统,只需输入轴流泵的设计参数,便可得到合适的轴流泵叶轮几何造型.采用该系统设计比转速为869的轴流泵叶轮,并对其进行流场仿真验证,同时对比CFturbo软件的设计结果.结果表明,该系统无软件环境限制,设计步骤更贴合国内设计习惯,可以满足扬程和效率的设计要求,为其他类型的泵参数化设计提供了借鉴.

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船用法兰铸钢截止阀流通特性分析和结构优化

金维增, 张力, 张希恒

2023 (4): 61-67.

摘要 ( 120 )

PDF(3634KB) ( 197 )

以DN65船用法兰铸钢波纹管截止阀为例,应用Flow-Simulation软件对其在全开状态下进行流阻系数有限元分析,模拟流场特性,计算流阻系数和流量系数,并依据GB/T30832对其进行实验验证,二者结果相吻合,表明数值模拟计算和方法正确.根据流场云图发现,阀体是影响阀门流阻系数和流量系数的关键因素.分析阀体流道结构对介质流动影响的同时,在阀体结构长度不变的情况下优化阀体流道结构,降低两端压力损失,进而大幅度地降低船用法兰铸钢波纹管截止阀流阻系数,提高流通能力,并通过实验进一步验证,这对阀门的优化设计尤其对直通截止阀具有重要意义.

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基于空化模型的阶梯收敛槽机械密封性能分析

张伟政, 洪海民

2023 (4): 68-73.

摘要 ( 104 )

PDF(2750KB) ( 109 )

为解决波度端面机械密封精密加工困难的问题,提出一种由波度密封衍生变化而来的阶梯收敛槽机械密封结构,采用CFD数值模拟,考虑液膜空化效应,对其密封性能进行参数化分析.结果表明:随着槽深、槽数、槽区开口及密封压力的增加,液膜承载力和泄漏量都增大;随着转速的增加,承载力增大,泄漏量减小;随着膜厚的增加,承载力减小,泄漏量增大.在小膜厚,高转速及较低密封压力的工况条件下,更容易产生液膜空化现象,流体泄漏量降低;较小的槽深会增强流体剪切作用,空化效应增强,泄漏量降低,实现减小泄漏的目的.

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网络攻击下基于观测器的信息物理系统输出反馈控制

祝超群, 贾玄

2023 (4): 74-81.

摘要 ( 120 )

PDF(1337KB) ( 117 )

针对信息物理系统中随机发生的虚假数据注入攻击和数据包丢失现象,提出了一种基于观测器的信息物理系统输出反馈安全控制方法.首先,考虑到虚假数据注入攻击和数据包丢失的影响,建立了一类具有网络攻击、数据包丢失和外部扰动等多种约束参数的马尔可夫跳变系统模型;其次,借助李雅普诺夫稳定性理论、随机系统理论和线性矩阵不等式方法给出系统随机稳定的充分条件,进而设计了具有给定H_∞性能的信息物理系统输出反馈控制器;最后,通过仿真实例验证了所提控制方法的正确性和有效性.

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基于滑模预测的T型并网变换器控制研究

姜雅飞, 赵刚

2023 (4): 82-87.

摘要 ( 92 )

PDF(3703KB) ( 94 )

模型预测控制具有便于植入、可实现多目标跟踪等优点,但是传统的模型预测控制算法开关状态不固定,会降低电流跟踪精度,甚至产生较大的电流纹波.基于此,提出了一种基于模型预测直接功率定频控制(DPCMPC)和滑模(sliding-mode control,SMC)外环控制的双闭环控制方法.利用SMC外环得到系统有功功率的给定值,通过引入零电压矢量改善系统稳态性能,减小功率脉动.为验证理论分析的正确性,构建了完整的仿真与实验测试模型,结果表明该控制方法具有良好的稳态和动态性能.

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基于区块链的社会化考试成绩安全管理系统

袁小鹏, 苗思蕊, 马蓉, 冯涛, 方君丽

2023 (4): 88-94.

摘要 ( 172 )

PDF(589KB) ( 251 )

当前成绩安全管理系统中的成绩信息大多数通过中心化服务器进行管理,相关数据存储和各级管理数据库高度绑定,这种绑定特性容易导致数据信息的泄露和篡改等问题,同时也无法有效监管相关人员的操作情况.针对该问题,提出一个基于区块链的社会化考试成绩安全管理系统.该系统通过P2P网络和区块链技术,利用同态加密对成绩数据进行加密并存储到IPFS中;数据查询时将关键字进行同态加密后发送到区块链中,对密文数据进行检索,并将查询结果返回给用户.P2P网络和区块链技术可以保证成绩管理系统中数据信息的真实性和有效性,实现成绩管理系统的安全可靠,从而保证社会化考试的公平公正.

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基于数字承诺的去中心化区块链交易方案

李洋, 万洪妤, 朱建明, 王秀利, 王友卫

2023 (4): 95-101.

摘要 ( 102 )

PDF(589KB) ( 178 )

区块链是基于区块之间的信息交互的安全交易框架,具有高度的信息公开性和去中心化性.张小艳等提出一种结合数字承诺和加密算法的交易框架,可以实现在交易过程中隐藏交易金额数目的功能,但其存在两个问题:交易过程的记录需要由全功能记账节点来执行,使得交易过程不能实现区块链的去中心化;交易中需要多次传输交易中产生的参数和交易金额,存在数据泄露的风险.因此根据上述问题进行改进,提出了基于数字承诺的多密钥同态加密交易方案.在这个方案中,区块链中的每个节点都执行记账功能,交易金额被隐藏在承诺中,相关参数不需要在网络中多次传输,交易方的账户余额经过同态加密后可以直接在加密状态下进行更新.该交易方案清晰明了并且具有很高的安全性,为区块链中的安全交易框架提供了新的思路.

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基于生成对抗网络的IPv6地址存活性预测

陈勇群, 陈玉成, 胡华淼, 戴佳浩, 康潆允, 王巍

2023 (4): 102-107.

摘要 ( 157 )

PDF(1968KB) ( 159 )

为了解决IPv6海量地址空间难以全谱探测的问题,基于IPv6地址命中列表机制和 IPv6单播地址结构,通过公开来源获取了多种渠道的IPv6地址,然后进行采集、清洗和入库,构建了IPv6原始地址集,研究了地址集中稳定与不稳定段之间的依赖关系,提出了一种基于生成对抗网络的IPv6地址存活性预测模型.考虑到IPv6地址各位之间的离散性,设计了确定性二项神经元和随机二项神经元,并采用Sigmoid调整直通估计子来解决二项神经元反向传播计算复杂度过高的问题.在特定AS域中对IPv6地址集进行训练,得到的生成器作为IPv6地址存活性预测模型,生成了地址命中列表.实验分析结果和互联网探测结果表明,所提模型能有效生成新的IPv6地址,并在实际探测中得到ICMPv6响应的概率比顺序或随机全面扫描高;另外,不同网段的探测存活率相差很大,分布区间为0~61%.

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双钢板混凝土组合墙抗冲击计算方法研究

孙继红, 安国青, 王蕊

2023 (4): 108-116.

摘要 ( 136 )

PDF(6805KB) ( 244 )

为研究双钢板混凝土组合(SC)墙的抗冲击性能,采用ABAQUS建立了SC墙在轴力与冲击耦合作用下的数值模型,并通过已有SC构件落锤冲击试验结果验证了有限元模型的适用性.基于此,首先分析了SC墙的抗冲击工作机理;其次,重点研究了钢板含钢率、轴压比等参数对构件动力响应的影响;最后给出了该类构件在轴力-冲击耦合作用下跨中最大挠度简化计算公式.结果表明:SC墙冲击全过程分为四个阶段,混凝土是构件抗冲击的主要耗能部件;轴压比会削弱构件的抗冲击性能,且当轴压比大于0.2时,影响更加明显;钢板含钢率、冲击速度、冲击质量与对拉钢筋间距对构件抗冲击性能影响较大;建议的计算公式能有效预测冲击荷载下考虑轴力影响的SC墙跨中最大挠度.

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考虑土体空间变异性的可液化土层圆形隧道地震响应分析

姚方正, 刘伯成, 慈伟, 杨尚川, 李睿

2023 (4): 117-121.

摘要 ( 96 )

PDF(2953KB) ( 155 )

引入随机场理论,研究可液化土层土体力学参数空间变异性对地铁隧道地震响应的影响.基于FLAC3D有限差分软件建立隧道下方存在可液化土层的数值模型,首先在假设土体为均质的情况下进行计算,发现隧道结构拱顶和拱腰的变形相差较大,且隧道结构在水平方向发生整体偏移;随后进行随机性计算,发现考虑土体参数空间变异性时得到的隧道结构地震响应远大于确定性计算结果,表明传统的均质土体假设高估了隧道结构在地震作用下的安全性.

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大跨桥梁转体系统中球铰接触面应力计算

李天平, 李文洲

2023 (4): 122-128.

摘要 ( 148 )

PDF(4473KB) ( 312 )

为研究大跨桥梁转体施工中球铰接触面在法向载荷作用下的接触问题,基于Hertz理论,对转体接触面进行简化,首先系统分析了球铰的力学特性,研究了转体接触面间微凸体的接触特性;推导了转体接触面内应力的计算公式,分析了转体接触面内应力分布,描述了转体接触面应力分布特点.然后由单对微凸体扩展到转体接触面计算得到接触应力;结果表明在接触界面上,径向应力随着距离球铰中心距离的增加而增加,上下球铰压应力呈现中间小边缘大的特点.最后,理论模型与数值模拟结果进行对比,理论结果与数值模拟结果吻合较好(误差<5%),这为对球铰的设计和制造提供理论指导,以及提升转体施工的安全性,推动转体施工工艺进一步向大跨径、大吨位方向发展提供了计算依据.

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基坑开挖数值分析中MMC模型参数的试验

胡建林, 孙利成, 崔宏环, 高鹏飞, 杨健

2023 (4): 129-136.

摘要 ( 176 )

PDF(4042KB) ( 194 )

为了得到修正摩尔库伦模型精确的数值模拟参数,以某深基坑工程实例为依托,取深基坑各土层的土样进行不同围压下的三轴剪切试验、卸载-再加载试验以及固结试验,从应力-应变关系曲线中获得割线模量、卸荷弹模等数值模拟参数,将这些模型参数与压缩模量进行对比分析,得出:试验粉土在不同围压下,发生的都是软化型破坏.细砂在200 kPa的围压下,有效偏应力-应变曲线无峰值点,呈现硬化型破坏.在土体还未发生破坏前,卸载再加载基本不影响土体的应力-应变曲线形式,所求得偏应力峰值点前后的卸载再加载模量近乎大小相等.试验粉土的切线模量、割线模量和压缩模量大致相等.随着参考应力的增加,土体的卸荷弹模与压缩模量的比值呈二次函数型增加.通过数值模拟验证了参数的准确性,试验研究是参数精确化的重要途径.

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墙板式地下连续墙基坑支护结构的研究

郑晓静, 朱胜祥

2023 (4): 137-145.

摘要 ( 162 )

PDF(6939KB) ( 214 )

随着城市化的快速发展,传统地下连续墙在深基坑支护过程中存在的不足也逐步显现,为此提出墙板式地下连续墙新型支护结构,并对其构造和工作机理进行阐述.采用有限元软件MIDAS/GTS模拟该新型结构在基坑开挖过程中的受力特性、变形性状及周边土体位移影响,并从主墙竖向压应力、剪应力及水平位移三个方面对该新型支护结构的主墙厚度、主墙间距进行参数敏感性分析.结果表明:墙板式地连墙通过调整部分墙体厚度、减小部分墙体入土深度,使得结构内力进行重新分配,主墙和铣接板协调工作,结构较为合理;新型支护结构的主墙厚度和间距是影响结构受力和位移的重要因素,在设计时应予以重视.

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GV-Noether环及其弱GV-内射模

张晓磊, 齐薇

2023 (4): 146-150.

摘要 ( 458 )

PDF(548KB) ( 329 )

给出了GV-Noether环的Cartan-Eilenberg-Bass定理.引进了弱GV-内射模并刻画了DW-环和VN正则环.特别地,证明了环R是VN正则环当且仅当任意弱GV-内射R-模是绝对纯R-模,当且仅当任意弱GV-内射R-模是余平坦R-模.给出了GV-Noether环的Megibben定理.通过提供一些例子区别Noether环,GV-Noether环和w-Noether环.

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带Neumann边界条件的Helmholtz方程柯西问题的一种新的正则化方法

余亚辉, 李振平

2023 (4): 151-156.

摘要 ( 148 )

PDF(483KB) ( 173 )

考虑矩形域上带Neumann边界条件的Helmholtz方程的柯西问题,该问题是一类严重不适定的偏微分方程反问题,即它的解不连续依赖于输入数据.基于经典的Tikhonov正则化方法利用自设计过滤化子修改核函数的思想,提出一种新的正则化求解方法,给出该问题基于分离变量的近似解,对正则化参数的先验和后验两种选取规则下精确解与近似解进行误差分析,得到满足收敛性和稳定性的Hölder型误差估计.

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广义严格对角占优矩阵的判定准则

张劲松

2023 (4): 157-161.

摘要 ( 205 )

PDF(471KB) ( 187 )

仅利用矩阵自身的元素,得到了广义严格对角占优矩阵的一些改进的判定准则,扩大了判别范围.给出了数值算例.

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变量核分数次极大交换子在变指标Morrey 空间上的有界性

杨旭升, 王素萍

2023 (4): 162-165.

摘要 ( 109 )

PDF(480KB) ( 151 )

应用核函数Ω(x,z)的性质, 证明了由变量核分数次极大算子Μ_Ω,α与Lipschitz函数b生成的交换子Μ_Ω,α,b是变指标 Morrey空间M_p(·),u(Rⁿ)上的有界算子, 从而推广了以往非变量核的相关结果.

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四边简支功能梯度石墨烯增强复合材料厚板的自由振动分析

雷芳明

2023 (4): 166-172.

摘要 ( 159 )

PDF(1879KB) ( 217 )

基于准三维板理论,研究了四边简支功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GRC)厚板的自由振动行为.通过改进的Halpin-Tsai模型计算了不同分布模式下FG-GRC厚板的有效性能,利用Hamilton原理构建其控制方程,并根据Navier法求解.通过参数研究部分揭示了石墨烯纳米片(GPLs)的重量分数、FG-GRC板的总层数、GPLs分布模式、宽厚比以及长宽比对四边简支FG-GRC厚板自由振动固有频率的影响.由于准三维板理论考虑了厚度拉伸效应,因此在厚板计算中比经典板理论、一阶板理论和Reddy三阶板理论更为精确.

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