基于能量辐射传递法的功能梯度板高频振动响应分析

该研究的目的是将能量辐射传递法(radiative energy transfer method, RETM)推广到功能梯度板模型中,以预测结构的高频振动响应。基于一阶剪切变形理论推导了功能梯度板的振动控制方程,获得了波传播特性参数。在该方法中,结构内部的能量响应由激励产生的直接场与边界虚源产生的反射场叠加得到。在临界频率以下,能量响应由一种传播波控制;而在临界频率以上,由三种传播波控制。数值算例结果与模态叠加法和功率流分析进行了对比,验证了RETM在计算不同物理参数下功能梯度板高频振动响应的准确性。研究了不同厚度下剪切变形和转动惯量对能量响应的影响,讨论了材料梯度因子、结构阻尼和激励频率对高频振动能量的影响。结果表明,材料梯度因子的变化会导致结构波传播特性和能量分布特征的变化,越大能量的衰减速度越快,衰减幅度越大。     

含轴力高频振动梁的能量辐射传递模型EI北大核心CSCD

为考察轴力对梁高频振动的影响,建立了轴力作用下梁的能量辐射传递模型。针对具有恒定轴力作用的Euler-Bernoulli梁,引入受轴力影响的波数和群速度,建立能量密度控制方程,推导轴力作用下梁的能量密度和能量强度的核函数。实源强度由导纳法计算得到的输入功率表示,虚源强度通过边界能量平衡方程确定,根据惠更斯原理,梁的能量响应由实源产生的直接场与虚源产生的反射场线性叠加得到。通过将能量辐射传递法(energy radiative transfer model,RETM)获得的结果与波传播法解析解进行比较,分析了轴力作用下无限结构导纳的适用性,验证所提RETM的正确性,同时分析了轴力对梁能量响应的影响。     

三明治耦合板的能量辐射传递模型EI北大核心CSCD

该研究的目的是将能量辐射传递法(radiative energy transfer method,RETM)推广到三明治耦合板模型中。推导了三明治板的振动控制方程,获得结构的波传播特性参数。基于波法推导了三明治耦合板的能量传递系数。根据能量密度控制方程,得到能量密度和功率流强度的核函数。根据惠更斯原理,结构内部的能量可由实源辐射的直接场能量与边界虚源的反射场能量叠加得到。求解第二类Fredholm积分方程获得边界虚源的强度。数值算例结果与模态叠加和功率流分析(power flow analysis,PFA)对比,验证了所建模型的正确性和准确性。对L型耦合三明治板求解,获得其能量密度和功率流分布特征。     

SiC-Al梯度功能材料(FGM)的制备

研究了ＳｉＣ料浆的稳定性和流变特性、ＳｉＣ粉末的填实过程、ＳｉＣ薄带和骨架的制备技术、ＳｉＣ的固相烧结和骨架密度的控制,以及压力浸渗等科学问题和工艺问题。采用新提出的技术路线,即以“浇带法”和（或）“料浆浇注法”制备其组成和结构递变的ＳｉＣ薄带和（或）料块;以无压烧结获得具有密度梯度的ＳｉＣ陶瓷骨架;以液体金属Ａｌ压力浸渗入具有密度梯度的ＳｉＣ骨架,成功地合成了ＳｉＣ－ Ａｌ陶瓷－ 金属梯度功能材料。     

基于能量有限元法的功能梯度梁振动分析

功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)由于其优良的结构性能和重要的应用价值,近些年来得到了广泛的研究和关注。采用能量有限元法对功能梯度梁和耦合梁的弯曲振动特性进行研究,推导了功能梯度材料梁的能量密度控制方程、能量有限元矩阵方程以及耦合梁的能量有限元方程,从而得到梁中的能量密度和能量流。以一简支功能梯度梁为例,分别采用该方法和传统有限元法计算了梁弯曲振动时的能量密度,通过对比验证了能量有限元法求解的准确性。在此基础上进一步对耦合功能梯度梁结构的能量密度和能量流进行了求解,得到其能量分布特征。该研究为基于能量有限元法分析复杂功能梯度材料结构的振动特性提供了理论基础。     

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。     

金属/陶瓷功能梯度悬臂板的振动抑制研究EI北大核心CSCD

提出了一种抑制功能梯度材料(functionally graded material,FGM)悬臂板振动的鲁棒控制方法。悬臂板的材料性能沿厚度方向按体积分数幂律进行梯度分布。采用经典层合板理论、一阶活塞气动力理论、Hamilton原理和Galerkin方法,推导气动力作用下功能梯度悬臂板的动力学方程。为了抑制板的振动,将压电片贴在FGM悬臂板的上下表面分别作为作动器与传感器,利用压电片的正逆压电效应,设计状态反馈控制器,引入全维状态观测器,形成功能梯度悬臂板动力学控制系统的闭环回路。在控制方案上,除了采用鲁棒控制方法外,还采用了线性二次型最优控制(linear quadratic regulator,LQR)方法对振动抑振效果进行对比分析。采用数值方法研究了体积分数指数和长宽比对FGM悬臂板振动特性的影响。通过比较不同体积分数指数、长宽比、温度以及参数不确定条件下的时间历程图和控制电压图,验证所提控制器的有效性和准确性。     

湿-热-机耦合作用下多孔功能梯度梁的振动及屈曲特性

采用一种拓展的n阶广义梁理论（GBT）,研究了轴向机械载荷作用下多孔功能梯度材料（FGM）梁在湿热环境中的振动及屈曲特性。考虑了材料的物性随温度变化,湿-热沿梁厚按三种不同类型分布,采用含孔隙率的修正Voigt混合率模型描述多孔功能梯度梁的材料属性,在宏-细观力学模型框架下应用Hamilton原理统一建立了系统的自由振动及屈曲方程,采用Navier法求解FGM简支梁的静动态响应。通过算例验证并讨论了GBT阶数n的理想取值,可用于丰富梁理论。探讨了湿热效应、湿-热-机耦合、孔隙率、材料梯度指标、跨厚比对FGM梁振动及屈曲特性的影响。结果表明:湿-热加剧降低了FGM梁的频率和临界载荷,且不同类型的湿热分布对其减小程度有显著差异;随着孔隙率增大,梁结构的整体刚度虽有所弱化,但在湿热环境中频率反而增大,稳定性增强;湿-热效应对多孔FGM细长梁频率和稳定性影响十分显著,但对短粗梁的影响比较有限。      

磁电弹性功能梯度板共线Griffith裂纹断裂行为

该文考察了磁电弹性功能梯度板的反平面问题。该板具有多个垂直于边界的共线裂纹。裂纹表面采用磁电不穿透或可穿透假设。应用积分变换和位错密度函数将问题化为柯西奇异积分方程求解。导出和分析了场强度因子和能量释放率。数值结果表明了载荷组合参数、材料梯度指数及裂纹构形对裂尖断裂行为的影响。     

碳/碳/Al2O3陶瓷功能梯度材料的制备与研究

从功能梯度材料的原材料的筛选、制备工艺路线的确定出发,对碳/碳/Al2O3陶瓷功能梯度材料的组分分布、微观结构、烧蚀性能及热学性能进行了研究.从试样内表面向外表面,基体碳含量从88%变化到近乎为15%,而Al2O3陶瓷含量从12%变化到85%左右.材料内表面氧-乙炔烧蚀率为0.012nn/s,这表现为碳/碳材料的特性.材料外表面的导热系数达到0.86W/m·K(25℃),表现为良好的隔热效果.     

基于物理中面FGM梁的非线性力学行为

当坐标面置于功能梯度材料(FGM)梁的物理中面上时,其本构方程中,面内力与弯矩并不耦合,这使得问题的控制方程以及边界条件得以简化.该文利用物理中面概念,基于一阶非线性梁理论,导出了FGM梁的基本方程,分析研究了热载荷作用下FGM梁的过屈曲、弯曲以及在这些构形上的振动等问题.假设功能梯度材料性质只沿梁厚度方向,并按成分含...     

冷却速率对硬质合金梯度结构形成规律的影响

用一步烧结法制备了表面无立方相梯度结构硬质合金,为了解一步烧结梯度结构的形成阶段,探讨冷却速率对梯度结构厚度的影响,实验采用固定时间真空烧结,在1450℃烧结60min后,分别以0.5,1,2,10℃/min的速率冷却.实验结果表明,以上条件均形成了梯度结构组织,梯度结构厚度随着冷却速率的增加而逐渐减小,对应的梯度层厚度分别为58,47.5,31.5,28.7μm.梯度结构厚度与冷却速率(Rc)的指数(eRc)呈线性关系.研究结果揭示了梯度结构在梯度烧结温度和冷却过程两个阶段均能形成.梯度厚度受原子扩散控制.     

多孔功能梯度梁的热-力耦合屈曲行为

采用经典欧拉梁理论和高阶三角剪切变形理论,研究了多孔功能梯度梁的热-力耦合屈曲行为。分析中考虑了材料物性与温度的相关性,采用含孔隙率的Voight混合模型描述了多孔功能梯度的材料属性。利用迭代算法求解结构在均匀、线性和非线性温升(考虑热传导效应)下的热-力耦合屈曲临界温度,讨论了材料非均匀参数、孔隙率和长细比等参数对屈曲临界温度的影响。ABAQUS数值模拟结果和文献对比结果验证了理论的可靠性,同时表明高阶剪切变形理论较经典欧拉梁理论精确。结果表明,功能梯度材料梁的热屈曲分析必须考虑物性与温度的相关性,否则可能高估热屈曲临界温度10%~30%;随着孔隙率增大,材料的等效弹性模量减少,即结构刚度有所弱化,但屈曲临界温度反而大大增高。     

316L不锈钢基体表面钨功能梯度涂层残余应力的模拟分析

在钢基体(EUROFER、F82H、CLAM、316L)上喷涂钨涂层已成为制备面向等离子体材料的一个重要方法.为了防止钨涂层与钢基体间由于材料热膨胀不匹配而开裂失效,采用热应力缓和型功能梯度涂层是一种行之有效的解决方案.利用有限元分析软件(ANSYS 10.0)分析了梯度涂层厚度对W/316L功能梯度涂层残余应力的影响.模拟结果表明,纯钨层厚度确定时,制备厚的梯度涂层可降低残余应力.当顶层厚度为1mm、梯度涂层厚度为100～200μm时,将产生较大的轴向应力,制备涂层时应当避免此厚度范围.此模拟结果可为该涂层设计和制备提供理论依据和指导.     

耦合凸缘结构间的振动传递

凸缘结构是一种常见的工程结构。用统计能量分析（ＳＥＡ）研究耦合凸缘结构间的振动传递，需要决定其间的耦合损耗因子。本文研究了通过册缘和弹性材料耦合结构间振动传递特性，分析了减振隔振措施，导出耦合损耗因子的计算公式。以通过不同大小截面的凸缘和不同特性的弹性材料耦合的凸级板结构为例，进行了一系列实验测量，耦耗损耗因子的实验测量值与理论估算吻合较好。     

采用无单元法计算含边沿裂纹功能梯度材料板的应力强度因子

本文采用无单元法分析了功能梯度材料的断裂力学问题。无单元法采用基于滑动最小二乘近似的位移插值形式,节点布置变得非常自由。这种插值形式不仅很好地反映了材料变形,而且使得无单元法在分析功能梯度材料时可以方便地采用各个积分点处的材料特性。数值计算结果表明无单元法在分析功能梯度材料力学行为方面具有较高的效率和精度。     

梯度功能压电悬臂梁的几个解析解

研究了密度梯度功能压电悬臂梁在轴向和横向均布荷载以及外加直流电压分别作用下的解析解。首先求得了悬臂梁在体积力呈非线性变化时相应问题的应力函数φ和电位移函数Ψ,进而求得梁中弹性场和电场的解析解。作为特例,同时还得到了常体力和无体力情况下悬臂梁的解答,并进行了讨论。     

含裂纹功能梯度Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁的屈曲载荷计算与分析

含裂纹构件的屈曲载荷是结构是否安全的判定准则之一, 其计算与分析也是结构健康监测和安全评价中关注的重要问题。基于Euler-Bernoulli梁理论和Timoshenko梁理论, 建立了一种求解含裂纹功能梯度材料梁的屈曲载荷计算方法。首先裂纹导致的构件截面转角不连续性由转动弹簧模型进行模拟, 再根据功能梯度材料Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁的屈曲控制方程及其闭合解, 由传递矩阵法建立了求解含裂纹功能梯度材料梁在多种边界条件下屈曲载荷的循环递推公式和特征行列式, 使问题通过降阶的方法得到快速准确的解答。数值算例研究了剪切变形、 裂纹的不同数目及位置、 材料参数变化、 长细比和不同边界约束条件等对含裂纹功能梯度材料梁屈曲载荷的影响。结果表明该方法可以简单、 方便和准确地计算不同数目裂纹和任意边界条件下功能梯度材料梁的屈曲问题。      

梁与正交各向异性板弯曲波的传递特性研究

以正交各向异性板与各向同性梁耦合系统弹性波传递特性为研究对象,基于弯曲波传播的动力学分析,推导出子系统间的功率流传递系数(power flow transmission coefficient,PTC)和耦合边界处的耦合损耗因子(coupling loss factor,CLF)表达式.计算分析了内损耗因子、频率和方向...     

Timoshenko薄壁梁弯扭耦合振动的动态传递矩阵法

通过直接求解单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程,导出了其自由振动时的动态传递矩阵,同时采用结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,并讨论了剪切变形和转动惯量对弯扭耦合Timoshenko薄壁梁的固有频率的影响.数值结果验证了本文方法在其适用范围内的精确性和有效性.