我院李映辉教授指导的博士研究生董有恒在期刊《Aerospace Science and Technology》上发表的题为“Buckling of spinning functionally graded graphene reinforced porous nanocomposite cylindrical shells: An analytical study”的学术论文入选ESI高被引论文和热点论文。该论文中，西南交通大学力学与工程学院为第一署名单位，李映辉教授和澳大利亚皇家墨尔本理工大学Jie Yang教授为共同通讯作者，博士生董有恒为第一作者。《Aerospace Science and Technology》是宇航工程领域的TOP期刊之一，中科院宇航1区，2020年最新公布的影响因子为3.7。
在过去许多年中，碳纳米管和石墨烯片等碳基材料已经被广泛用作纳米增强填充物并且引起了学者们的广泛关注。在所有纳米增强填充物中，石墨烯片凭借其极高的杨氏模量、拉伸强度和较大的比表面积表现出优异的增强效果。石墨烯增强多孔复合材料兼具高强度、轻质性和良好的吸能性，能够促进先进复合材料的发展。圆柱壳在回转壳体结构中是比较常见的工程结构之一，并且常常伴随着自旋运动，例如高速离心分离器和弹道导弹外壳。本研究首先建立了石墨烯增强多孔复合材料自旋圆柱壳体模型。通过复合材料夹杂理论、修正的Halpin-Tsai微观力学模型以及闭胞体理论，得到石墨烯增强多孔复合材料在不同石墨烯片分布方式以及不同孔隙分布方式下的有效材料属性。基于此模型，研究了石墨烯增强多孔复合材料自旋圆柱壳体在轴向载荷和径向均布压力作用下的壳体前屈曲局部变形，以及考虑前屈曲局部变形时圆柱壳体的临界屈曲载荷。
图1 功能梯度石墨烯增强多孔复合材料
图2 不同孔隙分布方式
研究结果显示，当少量的石墨烯片掺杂到复合材料中，壳体结构刚度能得到显著的提高。随着石墨烯片含量的增加，圆柱壳前屈曲局部变形逐渐减小，壳体临界屈曲载荷逐渐增加。对称的石墨烯片分布方式具有较好的结构刚度增强效果。当石墨烯片的长宽比确定时，随着长厚比增加，壳体临界屈曲载荷增加；当石墨烯片的长厚比确定时，随着长宽比增加，壳体临界屈曲载荷降低，但是影响较小。圆柱壳体在前屈曲局部下，中间部分的前屈曲变形基本为定值，而端部区域的前屈曲变形呈振动波形，最大变形峰值一般发生在离端部距离为0.05L的位置处，并且前屈曲变形从最大变形峰值处快速减小到边界处为零。
图3 柱壳结构前屈曲局部变形
图4 功能梯度柱壳临界屈曲载荷：石墨烯片增强效果
该研究成果得到了国家自然科学基金(11372257)，国家留学基金委以及西南交通大学博士生创新基金(D-CX201737)的资助。
博士生董有恒2011年进入我校工程力学专业学习，2015年进入西南交通大学力学与工程学院李映辉教授课题组直博。在五年的直博生涯中，董有恒同学在复合材料薄壁结构动力学研究领域取得了众多研究成果，在力学和工程领域的学术期刊《Nonlinear Dynamics》，《Composites Part B-Engineering》，《Aerospace Science and Technology》，《International Journal of Mechanical Sciences》，《Journal of Sound and Vibration》，《Applied Mathematical Modelling》，《Composite Structures》等高水平一区与二区学术期刊上发表论文8篇，总计SCI他引近200次。
近年来，李映辉教授课题组针对复合材料结构动力学问题，发表了系列高水平学术论文。2019年李映辉教授指导的博士生陈小超在《International Journal of Mechanical Sciences》上发表的“Static and dynamic analysis of the postbuckling of bi-directional functionally graded material microbeams“论文入选ESI高被引论文，博士生董有恒的ESI高被引论文入选是该课题组连续两年产生ESI高被引论文。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.ast.2018.09.037
