功能梯度材料的数字散斑相关方法实验研究

利用数字散斑相关方法对功能梯度材料I型静态断裂特性进行实验研究,并利用有限元软件进行数值模拟.首先通过在环氧树脂中添加玻璃微珠,利用重力沉降法制备功能梯度材料试件.为对比材料梯度对静态断裂行为的影响,准备了三种梯度变化规律的试件.然后对功能梯度材料试件进行3点弯曲实验,通过CCD采集试件散斑场,利用数字散斑相关方法计算应力强度因子.通过与有限元模拟结果进行对比,验证了实验结果的正确性.最后分析不同梯度变化规律对材料断裂性能的影响,证明材料弹性梯度对位于弹性模量较小边的静态裂纹具有保护作用.     

热载荷作用下含裂纹功能梯度板的有限元分析

为深入理解功能梯度材料的热断裂行为,研究了热载荷作用下任意热机械属性功能梯度材料板的裂纹尖端特性.利用解析方法推导了不含裂纹功能梯度板的温度场和热应力场,根据叠加法,把热应力场转化为裂纹表面载荷,采用基于非均匀单元的有限元方法计算分析了稳态热载荷下功能梯度板的裂纹尖端特性,并针对不同材料热机械属性分布形式,考察了热应力...     

基于力电耦合效应的非均匀压电材料断裂问题研究

作为一种智能材料,非均匀压电材料广泛应用于航空航天、军事等领域,由于其脆性,材料中的微裂纹对结构寿命影响较大。基于非均匀压电材料的本构关系,几何关系和边界条件,利用分层法的原理进行材料的梯度划分,分析了力电耦合效应下非均匀压电材料中的断裂问题。建立含裂纹非均匀压电板的有限元模型,讨论了力电耦合效应下不同梯度参数、不同裂纹形状、不同裂纹尺寸以及不同梯度函数对裂纹周围应力和电位移分布的变化规律。首次提出几何过程函数来进行非均匀材料属性的调控,实现材料参数的随机递增/随机递减。数值结果给出了在力电耦合效应下,裂纹周围应力和电位移的分布规律;梯度参数的增大使裂纹周围应力和电位移增大;裂纹几何尺寸变小,裂纹周围应力增大而电位移减小且椭圆形裂纹周围应力要大于圆形裂纹。因此,在非均匀材料结构设计中,梯度参数应在可使用范围内选取较小值;选择不同梯度函数的对裂纹周围的应力和电位移有一定影响,这对于非均匀压电材料结构设计及实际应用起到借鉴作用。     

功能梯度材料板Ⅱ型裂纹的断裂力学研究

对含Ⅱ型裂纹正交异性功能梯度材料的应力场和位移场进行理论分析,并首次推导出正交异性功能梯度材料的裂纹尖端应力场、位移场和梯度应力强度因子的理论计算公式.本研究成果对功能梯度材料的断裂分析有重要的工程使用价值和理论价值.     

梯度非均匀有限板中裂纹动态响应的有限元分析

为了研究梯度非均匀有限板中裂纹动态响应问题,用波动有限元的方法研究了梯度非均匀板中裂纹在冲击载荷作用下的动态响应.通过对裂缝宽度与到裂端距离插值的方法求裂尖端处的动态应力强度因子(DSIFs),对指数衰减脉冲作用下弹性模量按单向线性变化的梯度非均匀有限裂纹板进行了数值计算.结果显示:无论板材料梯度参数及裂纹长度如何变化,裂尖处动态应力强度因子时程均呈起始快速上升转而缓慢下降;无论在什么时刻,裂尖处动态应力强度因子随裂纹的长度减小而减小,随板材料的功能梯度参数增大而减小.     

功能梯度材料板中弹性波的传输系数研究

研究了置于流体中无限大各向同性功能梯度材料板相对于入射弹性波的传输系数.首先给出弹性波在多层介质中传播的循环刚度矩阵计算方法,然后利用该方法计算了弹性模量以幂函数形式变化、泊松比不变的功能梯度材料板相对于入射弹性波传输系数,分析了材料性能的梯度变化对传输系数与频厚积关系的影响.结果表明当频厚积较大时,材料性能的梯度变化明显影响弹性波的传输系数.     

梯度功能材料的断裂准则

基于断裂力学的能量释放率理论 ,研究了平面应变条件下梯度功能材料的Ⅰ ,Ⅱ型复合裂纹问题 .讨论了裂纹尖端附近的应力场和应力强度因子 ,建立了具有一般性的梯度功能材料的断裂准则即能量释放率判据 .     

各向异性功能梯度材料平面断裂力学分析

借助弹性力学理论和断裂力学知识,探讨了两类各向异性功能梯度材料平面断裂问题.把弹性模量按任意函数形式连续变化的各向异性功能梯度材料平面断裂问题,归结为求解一类四阶变系数齐次偏微分方程的边值问题.考虑了泊松比及相互影响系数为常量,而拉压和剪切弹性模量按特定的指数函数形式连续变化的情况,又求得另一类四阶常系数齐次偏微分方程边值问题.最后对两类方程作进一步分析讨论,指出第一类方程普遍的理论意义和第二类方程在解决现实问题时的实用性.     

高频谐振载荷作用下疲劳裂纹尖端变形场分析

为研究高频谐振式疲劳裂纹扩展试验中,带有I型预制裂纹的CT紧凑拉伸试件裂纹尖端位移、应变场的变化规律,利用动态有限元方法,采用ANSYS和MATLAB软件编写程序,计算了CT试件在高频恒幅正弦交变载荷作用下,在一个应力循环及裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端区域的位移、应变场并分析了其变化规律.为验证有限元计算结果的准确性,进行了高频谐振式疲劳裂纹扩展试验,采用动态高精度应变仪测量了CT试件疲劳裂纹扩展到5mm时在一个应力循环内裂纹尖端点的应变.研究结果表明:在稳态裂纹扩展阶段,高频谐振载荷作用下I型疲劳裂纹尖端区域位移、应变均为和载荷同一形式的交变量;随着裂纹的扩展,I型疲劳裂纹尖端的位移、应变幅不断增大;裂纹尖端测量点应变有限元计算结果和实验结果最大误差为2.93%.     

线性分布载荷作用下功能梯度简支梁弯曲解析解

针对线性分布载荷作用下,材料属性在厚度上任意变化的功能梯度简支梁弯曲问题,利用应力函数法,对其解析解进行了研究.首先引入了一个应力函数Φ,根据平面应力状态的基本方程,得出了功能梯度梁的应力函数应满足的偏微分方程,并根据应力边界条件得出了应力函数及各向应力的表达式;进而根据功能梯度材料的本构方程和位移边界条件,得出了结构应变和位移的分布.通过将本文的解析解与有限元仿真结果进行对比,验证了计算结果的正确性;并求解了材料组分呈幂律分布的功能梯度梁的应力和位移分布,得到了上下表层材料的弹性模量比λ与组分材料体积分数指数n对应力和位移分布的影响.     

Method of lines for functionally gradient materials

The method of lines(MOL) for solving the problems of functionally gradient materials(FGMs) was studied. Navier‘s equations for FGMs were derived, and were semi-discretized into a system of ordinary differential equations(ODEs) defined on discrete lines with the finite difference. By solving the system of ODEs, the solutions to the problem can be obtained. An example of three-point bending was given to demonstrate the application of MOL for a crack problem in the FGM. The computational results show that the more accurate results can be obtained with less computational time and resources. The obvious difficulties of numerical method for crack problems in FGMs, such as the effect of material nonhomogeneity and the existence of high gradient stress and strain near a crack tip, can be overcome without additional consideration if this method is adopted.     

无限长条功能梯度材料自由边界反平面裂纹动力学问题

利用功能梯度材料剪切模量的指数模型,对无限长条自由边界反平面Yoffe裂纹的动力学问题进行了研究.通过积分变换求得了应力场和位移场,将混合边界值问题简化为一组对偶积分方程,并利用Copson方法对动应力强度因子进行了求解.分析了裂纹运动速度、梯度参数及裂纹长度对裂纹尖端动应力强度因子的影响.数值计算表明,动应力强度因子随着裂纹运动速度和裂纹长度的增加而增大,随着梯度参数的增加而降低.     

Microstructures and Mechanical Properties of Ceramic/Metal Gradient Thermal Barrier Coatings

1　IntroductionCeramicthermalbarriercoatings (TBCs)sprayedonmetalsubstrateshavebeenusedtoincreasethetempera turelimitsandtodecreasetheheatrejectionforgastur bineanddieselengines .However,themismatchbetweenceramicsandmetalwillcausethermalstresseswhichmayleadtocrackandspallofthecoatings .Functionalgradi entmaterials (FGMs)areanewconceptionfordesigningtheceramic metalthermalbarriercoatings ,whichhasgradientmicrostructureaswellasgradientmaterialprop ertiesandcangreatlydecreasethethermalstresses[…     

剪切波成像中剪切波速度变化规律 注：研究生论坛稿件

超声辐射力可激励组织产生单色波,其剪切波的传播速度与组织的剪切粘弹性是密切相关。目前通过剪切波速度反演各向同性剪切模量的研究,均是基于各向同性介质中剪切波传播速度恒定这一假设。研究表明,各向同性介质中剪切波的传播速度在剪切方向上并不恒定,不同的检测位置测得的速度不同,它与检测位置点当前的振动相位相关。剪切波的传播速度在剪切方向上呈现近似于正弦的变化规律。研究还表明,这种变化主要是由局部密度随着振动传播变化所引起的,并给出了剪切波传播速度以及局部密度变化的修正公式。为证明剪切波速度修正的必要性,将由未经修正的剪切波速度所得的剪切模量,与经过修正的剪切波速度所得的剪切模量进行了比较,误差下降了10%。     

Behaviour of granular matter under gravity-induced stress gradient: A two-dimensional numerical investigation

Gravity is the most important load source in mining and geotechnical engineering, which causes both the stress level and stress gradient inside geomaterials. Different from the stress level, the influence of gravity-induced stress gradient on the behaviour of the material is still unknown. An in-deep study on it will help to promote the understanding of material behaviour, especially for those cases related to unconventional gravity such as terrestrial ng physical modelling and extraterrestrial resource exploitation(g is the terrestrial gravitational acceleration). In this study, a high-order homogenization for granular materials is proposed at first, in which the stress gradient is drawn into the constitutive representation by adopting a representative volume element(RVE). The consolidation and shear strength behaviour of RVE are then investigated by performing numerical biaxial tests. The results show that all the compressibility, shear strength, shear stiffness, volumetric deformation, and critical state behaviour show a stress gradient dependence. A coupling between stress gradient, stress level, and material properties is also observed. These observations suggest that, besides the stress level, extra attention needs to be paid to material responses related to stress gradient during engineering practices.     

Effects of gradient structure on the microstructures and properties of coated cemented carbides

The effects of gradient structure on the microstructure and properties of coated cemented carbides were researched with optical microscopy （OM）, scanning electron microscopy （SEM）, strength measurements, and cutting tests. It shows that vacuum sintering of WC-Ti（C, N）-TaC-Co cemented carbides results in the formation of a surface ductile zone. The ductile zone prevents crack propagation and leads to the increase of transverse rupture strength of the substrate. The impact resistance of coated gradient inserts was obviously improved on the basis of maintaining resistance to abrasion and the forming mechanism of the gradient structure was also analyzed.     

修正Armijo线搜索下共轭梯度法的收敛性

为解决传统线搜索下没有全局收敛性,提出修正Armijo线搜索下共轭梯度法。通过估计目标函数导数的Lipschitz常数,能在每一步迭代中找到合适的步长,以保证全局收敛性,提高实际运算中的有效性。     

基于梯度归一化的模糊梯度特征提取方法

提出一种应用于手写字符识别的基于梯度归一化模糊梯度特征提取方法.首先计算原图像的梯度;然后基于一定的归一化函数,得到归一化梯度;最后,基于归一化梯度,构建模糊梯度特征向量.针对归一化函数,提出了分段线性归一化函数,它能够有效减小类内样本分散度,同时具有计算简单高效的优点.针对梯度特征向量构建方法,提出了模糊梯度特征,改进了普通梯度特征向量的构建方法,提高了梯度特征吸收手写字符形变的能力.