横观各向同性功能梯度圆板弯曲问题的精确解

对周边为弹性支承边界条件下的横观各向同性功能梯度材料圆板轴对称弯曲问题进行了分析.将位移函数写成傅里叶-贝塞尔级数的形式,根据横观各向同性功能梯度材料基本方程,并针对指数函数形式的梯度分布情况,对功能梯度圆板轴对称弯曲问题的位移和应力进行了精确分析.并通过具体算例,分析了在圆板上、下表面荷载作用下,材料性质的不同梯度变化对圆板结构响应的影响.分析结果表明,材料性质的梯度变化对圆板的力学性能有显著影响.     

功能梯度材料厚板的三维弹性分析

基于三维弹性理论给出了功能梯度材料厚板的基本方程,并用有限元软件-Ansys,采用三维各向同性有限单元,按照复合材料层合板模拟均布荷载下的厚板,讨论了四边简支的边界条件,梯度指数和板的厚宽比等因素对板的无量纲挠度以及无量纲应力的影响。三维数值模型给出的挠度和应力分布不同于基于Kirchhoff-Love直法线假设的经典层合板理论给出的挠度和应力分布。     

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。     

旋转功能梯度压电空心圆柱的精确

针对内外表面作用均布压力和电势的功能梯度径向极化无限长压电空心圆柱旋转问题,给出了其精确解.分析了旋转功能梯度压电空心圆柱内径向应力、环向应力及电势的分布情况,还研究了材料的非均匀特性、空心圆柱的内外径比率以及外加电势对机械场和电场的影响.通过设计合适的功能梯度形式、选择合适的内外径比率以及在内外表面施加恰当的外加电势能够达到改善旋转功能梯度压电空心圆柱的力学行为.得到的解可应用于沿径向按幂函数规律变化的旋转压电功能梯度空心圆柱构件的精确分析和优化设计中.     

任意梯度分布功能梯度板的柱形弯曲分析

研究正交各向异性功能梯度平板的柱形弯曲问题.假设材料参数沿板厚方向按同一函数规律变化,基于状态空间法,在板的上下表面作用机械荷载的情况下,获得了功能梯度平板柱形弯曲问题的Peano-Baker级数解.通过算例,验证了Peano-Baker级数解的正确性;同时也分析了材料参数沿板厚方向为二次幂函数分布对平板响应的影响.     

DQ法求解功能梯度矩形板的弯曲问题

基于经典理论和一阶剪切变形理论,研究了功能梯度材料矩形板的线性弯曲问题.在假设功能梯度材料性质只沿板厚度方向变化,且其变化规律满足体积分数的幂指数函数的基础上,推导了线性弯曲问题的控制方程,并运用二维问题的微分求积法对其进行数值求解,利用数值结果考察了简支边界条件下梯度参数、长宽比等因素对板的无量纲挠度的影响,并验证了...     

轴向运动功能梯度材料板的自由振动与屈曲特性

为了解轴向运动功能梯度材料薄板的自由振动与屈曲特性,基于复合材料薄板理论推导出轴向运动功能梯度材料薄板的运动方程,用Galerkin法寻求不同边界条件下运动方程的级数解,计算其自振频率、临界屈曲速度和临界屈曲荷载,并通过数值算例分析了轴向速度、材料组分指数、面内力和边界条件等因素对轴向运动功能梯度材料板自振频率、临界屈曲速度和临界屈曲荷载的影响。结果表明:自振频率和临界屈曲速度随面内拉力的增大而增大,随面内压力和组分指数的增大而减小;板的自振频率随轴向运动速度的增大而减小,而临界屈曲荷载则随轴向速度的增大而增大;边界条件对板的临界屈曲速度和临界屈曲荷载会产生明显影响。     

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.     

带压电层功能梯度悬臂板非线性动力学分析

分析了在热环境条件下受横向栽荷作用的、带压电功能梯度材料悬臂板的非线性动力学问题。基于vonKarman理论和Reddy一阶剪切变形理论,推导出了带压电功能梯度悬臂板的动力学方程。利用Galerkin法对偏微分方程进行离散,对离散后的方程进行数值模拟,分析中考虑了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、控制电压对系统非线性动力学行为的影响,结果表明正电压减小了板的振幅,负电压增大了板的振幅,而随着材料体积分数指数的增大,板的振幅也在变大。     

功能梯度压电旋转圆环的三维解析解

基于三维压电弹性力学方程,采用直接位移法,给出横观各向同性功能梯度压电旋转圆环的三维解析解.设功能梯度压电材料参数是厚度坐标Z的任意函数,广义位移分量是径向坐标r的幂函数的线性组合,其中含有9个待定的位移函数,它们是坐标Z的函数.结合相应的边界条件,求解控制方程,通过直接积分确定位移函数和相应的积分常数,从而确定旋转圆环的力场和电场.算例展示一种材料的梯度指标对力场和电场的影响.     

对称型梯度功能材料的瞬态热应力强度因子

采用摄动法推导出无限大对称型梯度功能材料平板的一维非定常温度场及非定常热应力场的解析表达式 ,并采用权函数法计算了受热冲击的含双边裂纹的对称型梯度功能材料平板的瞬态热应力强度因子 .通过两种Al2 O3 TiC系梯度功能陶瓷平板表面冷却条件下的计算实例并与均质陶瓷材料对比 ,分析了材料的热 物理性能分布规律对瞬态热应力强度因子的影响 ,并提出高抗热震性梯度功能陶瓷的设计原则     

梯度功能材料热传导问题的泛函和变分原理

本文尝试从梯度功能材料热传导问题的控制方程出发，证明了梯度功能材料在其物性系数为坐标变量约函数时的三维热传导问题的泛画是存在的，导出了相应约泛函，建立了相应的变分原理．     

梯度功能高分子材料的研究

概括了国内外梯度功能高分子材料的研究近况，介绍了高分子梯度结构的类型、溶液扩散制备法、高分子梯度结构表征方法、形成机理、材料特性和应用等。     

梯度功能材料的体积分数和物性系数的研究状况

介绍了国外有关梯度功能材料的体积分数和物性系数问题的研究状况,并对其研究特点进行了评述.     

梯度功能材料拟静态热弹性问题的泛函和变分原理

本文从梯度功能材料拟静态热弹性问题的控制方程出发,说明了梯度功能材料在其物性系数为坐标变量的函数时的三维拟静态热弹性问题的泛函是存在的,导出了相应的泛函,并建立了相应的变分原理.     

热锻模型腔表面层温度梯度分布规律的研究

使用功能梯度材料设计制造锻制钢锻件的热锻模,需要全面深入掌握热锻模型腔表面层在实际工作时的温度梯度场的分布和变化规律。为此,用DEFORM-2D软件对轿车前轮毂热锻模的全工作过程进行了连续仿真,揭示了热锻模从第一次工作循环过渡到热平衡状态下的型腔表面层温度梯度场的变化过程和变化规律。热锻模温度梯度场的分布及其变化规律表明,热锻模对材料的耐热、耐磨、高温强度及高韧性的严格要求仅局限于模膛表面较薄的一层——温度波动区,而其它区域是不需要如此高性能的材料的。热锻模模膛表面层材料的选用,应主要考虑热胀系数、传热系数、热容量及其高温强韧性,这类材料只能由钴基或镍基高温合金与金属陶瓷组成的复合材料制备。因此,采用耐热、耐磨的功能梯度材料来制造热锻模,具有很高的经济价值。为热锻模型腔表面层的材料设计与制备提供了理论依据。     

过共晶Al-16%Si合金梯度功能材料的组织与性能

采用离心技术成功地制备了过共晶Al 1 6%Si合金梯度功能材料。采用金相及扫描电子显微镜、HV 5型小负荷维氏硬度计及销盘式ML 1 0 0型磨粒磨损试验机研究了该梯度功能材料的组织、硬度及耐磨性的分布规律。结果表明 ,由于Si的密度比Al液的密度稍低 ,在离心力场中初晶硅向试样内侧移动。Al 1 6%Si合金梯度功能材料的组织分布为 :最内层初晶硅含量最多、尺寸也最大 ,由内向外 ,初晶硅的体积分数及尺寸均逐渐减小 ,且呈梯度变化。在外层一定厚度内 ,完全不含初晶硅 ;硬度分布为内层硬度较高 ,由内向外硬度逐渐减小 ,呈梯度分布 ;耐磨性由内向外呈梯度下降趋势     

梯度功能材料轴承的热弹性分析

针对梯度功能材料圆柱壳的轴对称热弹性响应和球壳的球对称热弹性响应提出了简单而精确的解。类似于复合材料层合结构的研究，将梯度功能材料圆柱壳或球壳沿厚度分为若干层，各层视为均匀材料，从而导出温度解、位移解和应力解。只要层数足够大，其解将收敛于精确解。算例检验了解的收敛性，讨论了分层数的选取以及材料和结构参数对热弹性响应的影响。所述方法对非均匀材料结构的分析具有借鉴作用。     

金属－陶瓷梯度材料的弹性和弹塑性设计

系统研究了金属－陶瓷梯度材料在不同组成分布情况下的制备热应力分布规律和特征，提出了优化梯度材料组成和控制梯度材料破坏的方法，考虑了弹性和弹塑性二种设计方法，讨论了二种设计方法的特点和不同，结果表明，对于由韧性金属和陶瓷合成的梯度材料，弹塑性设计比弹性设计更为合理。