An original analytical vibration analysis of clamped composite, regular and auxetic honeycomb shells using the boundary continuous method (BCM)

Descripción del Articulo

Artículo sustentado el 02 de diciembre 2025 para la obtención del grado académico de Maestro en Ciencias de la Ingeniería.
Detalles Bibliográficos
Autor: Laureano Huayanay, Ronaldo Walter
Formato: tesis de maestría
Fecha de Publicación:2025
Institución:Universidad de Ingeniería y tecnología
Repositorio:UTEC-Institucional
Lenguaje:español
OAI Identifier:oai:repositorio.utec.edu.pe:20.500.12815/520
Enlace del recurso:https://hdl.handle.net/20.500.12815/520
https://doi.org/10.1080/15376494.2025.2585151
Nivel de acceso:acceso abierto
Materia:Estructuras tipo panal
Vibración de estructuras sándwich
Materiales auxéticos
Problemas de valores de frontera
Honeycomb structures
Vibration of sandwich construction
Auxetic materials
Boundary value problems
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spelling Mantari Laureano, José LuisLaureano Huayanay, Ronaldo Walter2025-12-19T21:41:10Z2025-12-19T21:41:10Z2025Laureano Huayanay, R. W. (2025). An original analytical vibration analysis of clamped composite, regular and auxetic honeycomb shells using the boundary continuous method (BCM) [Tesis de Maestría, Universidad de Ingeniería y Tecnología]. Repositorio Institucional UTEC. https://hdl.handle.net/20.500.12815/520https://hdl.handle.net/20.500.12815/520https://doi.org/10.1080/15376494.2025.2585151Mechanics of Advanced Materials and StructuresArtículo sustentado el 02 de diciembre 2025 para la obtención del grado académico de Maestro en Ciencias de la Ingeniería.En este trabajo se presenta un modelo analítico robusto para estudiar la vibración libre de cascarones sándwich totalmente empotrados, con núcleos tipo panal de abeja (honeycomb, HC) de geometría hexagonal, rectangular y reentrante (auxética). Se construyen modelos Equivalent Single-Layer (ESL) de orden superior con la Formulación Unificada de Carrera (CUF), incorporando la función Zig-Zag (ZZ) de Murakami para describir con mayor fidelidad la cinemática a través del espesor. Las propiedades efectivas del núcleo se determinan con un esquema de homogeneización. Las ecuaciones gobernantes se obtienen con el Principio de Desplazamientos Virtuales (PVD) y se resuelven en forma fuerte mediante el método analítico de contornos continuos (BCM), calculando frecuencias naturales y formas modales. La validación considera análisis de convergencia y comparaciones con referencias 2D3D (Ritz, GDQ y FEM). En cascarones laminados, los modelos ED3, ED4 y EDZZ reproducen con alta precisión frecuencias y modos, destacando en configuraciones gruesas donde el corte transversal y los efectos ZZ son relevantes. En cascarones sándwich con núcleo HC, el modelo EDZZ presenta un comportamiento cuasi-3D consistente en todas las topologías, con mejor desempeño en estructuras reentrantes auxéticas. Los estudios paramétricos muestran que una mayor curvatura incrementa la rigidez global por efectos de membrana, y que núcleos fuertemente auxéticos (v entre -60° y -45°) mejoran la rigidez a corte y flexión sin aumentar el peso. Así, la integración CUF-BCM entrega soluciones analíticas precisas útiles como benchmarks y para entrenar modelos sustitutos basados en IA en el diseño de paneles ligeros con supresión de vibracionesThis work presents a robust analytical model to investigate the free vibration behavior of fully clamped sandwich shells with honeycomb (HC) cores of hexagonal, rectangular, and reentrant (auxetic) geometries. Higher-order Equivalent Single-Layer (ESL) models are developed within the Carrera Unified Formulation (CUF), incorporating Murakami’s Zig-Zag (ZZ) function to accurately describe the through-thickness kinematics. The effective properties of the core are obtained through a homogenization scheme. The governing equations are derived using the Principle of Virtual Displacements (PVD) and solved in strong form by means of the analytical Boundary Contour Method (BCM), yielding natural frequencies and mode shapes. Validation includes convergence analyses and comparisons with 2D-3D reference solutions based on Ritz, GDQ, and FEM. For laminated shells, the ED3, ED4, and EDZZ models accurately capture natural frequencies and vibration modes, with particular advantages for thick configurations where transverse shear deformation and ZZ effects are significant. For sandwich shells with HC cores, the EDZZ model exhibits consistent quasi-3D behavior across all core topologies, achieving the best performance for reentrant auxetic structures. Parametric studies show that increasing curvature enhances the global stiffness due to membrane effects, while strongly auxetic cores (v between -60° and -45°) improve shear and bending stiffness without increasing structural weight. Overall, the CUF-BCM framework provides highly accurate analytical solutions that can serve as benchmarks for approximate methods and for training AI-based surrogate models in the design of lightweight vibration-suppressed panels.Tesisapplication/pdfspaUniversidad de Ingeniería y TecnologíaPEinfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Repositorio Institucional UTECUniversidad de Ingeniería y Tecnología - UTECreponame:UTEC-Institucionalinstname:Universidad de Ingeniería y tecnologíainstacron:UTECEstructuras tipo panalVibración de estructuras sándwichMateriales auxéticosProblemas de valores de fronteraHoneycomb structuresVibration of sandwich constructionAuxetic materialsBoundary value problemshttps://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.00.00An original analytical vibration analysis of clamped composite, regular and auxetic honeycomb shells using the boundary continuous method (BCM)info:eu-repo/semantics/masterThesisSUNEDUMaestría en Ciencias de la IngenieríaUniversidad de Ingeniería y Tecnología. Escuela de PosgradoMaestríaMaestro en Ciencias de la Ingeniería41857494https://orcid.org/0000-0002-2118-253175999673https://orcid.org/0000-0002-0484-1654732997713997711997Charca Mamani, SamuelVela Saavedra, Emir AugustoMantari Laureano, José Luishttps://purl.org/pe-repo/renati/level#maestrohttps://purl.org/pe-repo/renati/type#tesisORIGINALLaureano Huayanay_Tesis.pdfLaureano Huayanay_Tesis.pdfapplication/pdf3528000http://repositorio.utec.edu.pe/bitstream/20.500.12815/520/14/Laureano%20Huayanay_Tesis.pdfbebd507939ee47ba4ccdebe279d27c67MD514open accessLaureano Huayanay_Autorización.pdfLaureano Huayanay_Autorización.pdfapplication/pdf57195http://repositorio.utec.edu.pe/bitstream/20.500.12815/520/2/Laureano%20Huayanay_Autorizaci%c3%b3n.pdf310bdbf5e8af644cecd02a9847efad01MD52metadata only accessLaureano Huayanay_Acta de sustentación.pdfLaureano Huayanay_Acta de sustentación.pdfapplication/pdf138151http://repositorio.utec.edu.pe/bitstream/20.500.12815/520/3/Laureano%20Huayanay_Acta%20de%20sustentaci%c3%b3n.pdf31cab70b32d67f827ff385a6546d6d84MD53metadata only accessLaureano Huayanay_Reporte de similitud.pdfLaureano Huayanay_Reporte de similitud.pdfapplication/pdf115672http://repositorio.utec.edu.pe/bitstream/20.500.12815/520/4/Laureano%20Huayanay_Reporte%20de%20similitud.pdf155fe8ee1a139efa47bf0429ebb4b0b6MD54metadata only accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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