梯度功能材料热弹性应力的研究进展

介绍了近年来国外有关梯度功能材料热弹性应力问题的最新研究进展，评述了所采用的研究方法的特点。     

功能梯度材料的发展及展望

系统地论述了功能梯度材料的概念、设计方法、制备工艺、性能评价及其应用领域。着重于相关的热应力缓解、热弹（塑）性力学、三相微观力学模型等理论的阐述和分析，并对功能梯度材料的发展及应用前景作了展望。     

TiC-Ni梯度功能材料的优化设计

对ＴｉＣ－Ｎｉ梯度功能材料在制备过程中的残余热应力进行了计算机有限元模拟,考察了梯度组成分布指数对热应力大小,最大热应力发生的位置以及纯陶瓷ＴｉＣ侧热应力状态的影响,综合分析了热应力的大小和分布,得到了缓和制备热应力的梯度组成分布指数Ｐ＝１．０的优化设计结果。     

梯度功能材料薄板瞬态热弹性弯曲有限元分析

用层合板有限元法分析了由ZrO₂和Ti-6Al-4V组成的新型梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力问题,并对本方法的正确性进行了检验。讨论了加热、 冷却热边界条件以及两种力学边界条件(固支和简支)对梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力分布的影响。发现：(1) 在加热过程中,简支板低温金属侧出现较大压应力;在冷却过程中,简支板高温陶瓷侧出现较大拉应力; 且其拉、压应力会随着板上、下表面温差的增大而增大。(2) 无论是简支板还是固支板, 在冷却过程中,沿整个厚度板内部压应力均较大。(3) 在本文的相同条件下,固支板比简支板更适合高温、大温差的使用环境。     

梯度功能材料

梯度功能材料是一种新型的复合材料,其特点是界面的成分和组织连续变化,使材料的热应力大为缓和。本文叙述了梯度功能材料的进展以及在航天、核能源、生物医学工程、电子工程等领域的应用和制备方法。     

梯度功能材料板瞬态温度场有限元分析

采用有限元法与有限差分法相结合的方法,对梯度功能材料板的瞬态温度场进行了分析,并且通过ＺｒＯ２和Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ组成的梯度功能材料对本方法的正确性进行了检验,最后给出了加热、冷却过程的瞬态温度场分布。     

梯度功能材料的研究动态

介绍了梯度功能材料新概念,着重论述了热应力缓和梯度功能材料的设计、制备、评价技术及现状,展望了其发展趋势及应用前景。     

梯度功能材料的设计

梯度功能材料是目前许多国家都在积极研究开发的极富应用潜力的材料。本文就梯度功能材料的设计思想、设计程序、成份设计、热应力解析等的基础理论进行了探讨。     

梯度功能材料薄板瞬态势弹性弯曲有限元分析

用层合板有限元法分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的新型梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力问题,并对本方法的正确性进行了检验。讨论了加热、冷却热边界条件以及两种力学边界条件（固支和简支）对梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应中国科学院分布的影响,发现：（1）在加热过程中,简支板低温金属侧出现较大压应力;在冷却过程中,简支板高温陶瓷侧出现较大拉应力;且其拉、压应力会随着板上、下表面温差的增大而增大。（2）无论简支板还是固支板,在冷却过程中,沿整个厚度板内部压应力均较大。（3）在本文的相同条件下,固支板比简支板更适合高温、大温差的使用环境。     

梯度功能材料物性值推定与热应力的分析

为推动梯度功能材料(FGM)的发展,本文论述了经验复合准则,微观力学的近似方法等推定物性值的一般方法,并进一步将模糊逻辑应用于FGM的物性值推定;另外,还对球形、无限长圆筒,无限大平板等形状的FGM中的热应力分布作了近似计算。     

梯度薄膜材料设计原则

针对梯度薄膜材料的特殊性,在平面应力近似基础上进行热弹性理论推导,结果表明,梯度薄膜材料的热应力极值由梯度薄膜材料本身的性质决定,组成分布系数只影响热力的分布和变化趋势。提出了梯度薄膜材料设计原则。     

化学镀制备功能梯度材料的实验研究

提出采用低温化学镀工艺方法制备陶瓷/金属功能梯度材料的设想, 利用自制的化学镀装置对制备SiC/Ni-P FGM 进行了实验研究。结果表明, 通过优化化学镀工艺, 调整施镀时间和SiC 微粒的添加速度及添加量等参数, 可以合适地控制材料镀层的厚度和成分梯度分布。功能梯度材料的微观结构和力学性能等都与材料成分梯度分布之间有很好的对应关系。     

功能梯度矩形板的强非线性共振分析

针对陶瓷-金属功能梯度矩形板,在给出非均匀材料应力-应变关系及非线性几何方程的基础上,应用虚功原理导出了横向简谐激励力作用下功能梯度板的非线性振动偏微分方程。对于四边简支约束功能梯度矩形板,通过位移函数的设定,利用伽辽金积分法推得了关于时间自变量的达芬型强非线性振动方程。针对强非线性系统的主共振问题,应用改进的多尺度法进行解析求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程。通过数值算例,给出了功能梯度矩形板共振下的幅频曲线图和相图,讨论了激励幅值及频率等参数对系统非线性振动特性的影响,并对改进多尺度法和经典多尺度法的结果进行了比较。     

电磁波屏蔽材料梯度功能设计（Ⅰ）——基本原理及材料可行性初探

为了达到低反射、高吸收的屏蔽效果,提出了“双阻抗匹配层＋双阻抗过渡区＋高吸收区”的电磁波梯度功能设计模型,详细阐述了设计思路和理论依据,以Ｎｉ／铁氧体复合材料为例,地屏蔽材料梯度功能设计的材料可行性进行了初探。结果表明,现有的导电屏蔽材料和阻抗匹配材料通过成份调整,能满足屏蔽材料梯度功能设计的要求。     

Ti6Al4V/DLC系人工心瓣功能梯度材料的热应力计算

提出了一种Ti6Al4V/DLC系人工心瓣功能梯度材料的热应力计算模型,计算出各种条件下体系的热应力,并从热应力和最大应力变化率两个方面对材料的设计进行了优化。     

梯度功能材料的研究

梯度功能材料是五年前由日本科学家提出的新概念和新思想,其两侧由不同性能的材料组成,以对付苛刻的使用环境;而中间部分的组成和结构又是连续变化的,使其内部界面消失,以减小和克服结合部位的性能不匹配因素。这类材料在航天事业和核工业中有看广阔的应用前景和极高的使用价值。本文着重介绍了梯度功能材料的设计思想、目前的研究现状、以及我们在这方面做的一些工作。并综述和比较了各类制备工艺技术。     

对流换热边界下变物性梯度功能材料板瞬态温度场有限元分析

用有限元法和有限差分法相结合的方法,分析了由 ZrO₂和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板在对流换热边界条件下的非线性瞬态热传导问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的瞬态温度场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较。结果表明:在精确计算瞬态温度场分布时,变物性是影响梯度功能材料板瞬态温度场的最重要因素之一。此外,材料组分的分布形状系数、环境介质温度和对流换热系数的变化对变物性梯度功能材料板的瞬态温度场分布均有明显的影响。此结果为材料设计和进一步的热应力分析提供了准确的计算依据。     

不同变形状态下变物性梯度功能材料板瞬态热应力

用非线性有限元法分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板的对流换热瞬态热应力问题,与已有文献比较检验了方法的正确性,给出了该材料板在不同变形状态下的瞬态热应力分布,并与常物性时的结果进行了比较。结果表明:无限自由长板内的热应力最小;当无限长板只能伸长、不能弯曲时,板内瞬态拉应力最大;当无限长板伸长、弯曲受限时,板内的瞬态压应力最大;考虑变物性时的最大拉应力比常物性减小48.9%,最大压应力减小39.6%;此外,对流换热系数的变化对不同变形状态下该变物性材料板瞬态热应力场的影响显著。此结果为该材料的设计和应用提供了准确的理论计算依据。     

热环境下功能梯度材料板的自由振动和动力响应

基于Reddy高阶剪切变形理论和广义Kármán型方程,用双重Fourier级数展开法求得了四边简支功能梯度材料板的自由振动及动力响应的解析解,分析中考虑了热传导以及组分材料热物参数对温度变化的依赖性,讨论了材料组分指数和热环境对固有频率及动力响应的影响。