Refined analytical formulation for static bending and free vibrations of functionally graded beams

2026

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.54355/tbus/6.1.2026.0096
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

This paper presents a refined analytical theory for the bending and free vibration analysis of functionally graded (FG) beams accounting for transverse shear deformation. The material properties are assumed to vary continuously through the thickness according to a power-law distribution. Based on the adopted kinematic assumptions, the governing differential equations and effective stiffness relations are derived for both static and dynamic problems. Analytical solutions for the static bending of an FG beam under a uniformly distributed load and for the natural frequencies of free vibrations are obtained. A parametric study is performed to evaluate the influence of the material gradient index ???? and the beam slenderness ratio ????/h. The results show that the dimensionless mid-span deflection increases from 6.2586 to 9.6986 when the gradient index changes from ???? = 1 to ???? = 5 for ????/ℎ = 5. The corresponding dimensionless natural frequency decreases from 3.9710 to 3.4025. Comparisons with the Timoshenko beam theory, Reddy’s higher-order theory, and other refined models demonstrate very good agreement, with differences typically not exceeding 3-5%. The proposed formulation provides a realistic distribution of transverse shear stresses and converges to classical beam solutions for slender beams. The developed model can be effectively applied in the analysis and design of engineering structures made of functionally graded materials.