功能梯度形状记忆合金梁纯弯曲的理论分析

功能梯度形状记忆合金(Functionally graded shape memory alloy, FG-SMA)是一种兼备功能梯度材料(Functionally graded material, FGM)和形状记忆合金(Shape memory alloy, SMA)特性的新型功能材料。根据复合材料力学和已有的SMA本构关系,通过充分考虑组分材料的应力应变关系,建立一个描述FG-SMA力学性能的宏观本构模型。应用该模型,对由弹性材料A和SMA组成的FG-SMA梁在纯弯曲载荷下的力学行为进行研究,详细讨论加载过程的弹性阶段和相变阶段,并给出相应的解析解。通过算例,对截面的应力分布、中性轴的位置和弯矩与曲率的关系进行详细讨论。结果表明,与普通FGM相比,FG-SMA可显著减小载荷作用下的最大应力,避免材料由于应力过大而导致的破坏。研究结果可为FG-SMA材料的设计和进一步研究提供一定的依据。     

高阶剪切变形理论在竹篾层积材弯曲问题中的应用研究

针对竹篾层积材梁横力弯曲问题，推导得到高阶剪切变形理论下的具体分析表达式，在此基础上，详细分析计算了梁的弯曲变形和弯曲强度，并与采用其他方法得到的结果进行了比较，结果表明，高阶剪切变形理论下的计算结果未必优于一阶剪切变形理论和更符合于实际。     

剪切效应对工字形梁弯曲挠度影响的分析

研究了剪切效应对工字形梁弯曲挠度的影响问题。利用梁的剪应变与梁的轴向位移、弯曲挠度的微分关系,推导得到了工字形梁的弯曲微分方程,对弯曲微分方程积分可得考虑剪切效应的弯曲挠度表达式。算例分析表明,剪切效应对工字形梁弯曲挠度有较大影响。     

高阶剪切变形理论在竹篾层积材弯曲问题中的应用研究

针对竹篾层积材梁横力弯曲问题 ,推导得到了高阶剪切变形理论下的具体分析表达式。在此基础上 ,详细分析计算了梁的弯曲变形和弯曲强度 ,并与采用其他方法得到的结果进行了比较。结果表明 ,高阶剪切变形理论下的计算结果未必优于一阶剪切变形理论和更符合于实际。     

功能梯度材料的研究动态

功能梯度材料是一种新型复合材料，它的两侧由不同性能的材料组成，而中间部分的结构是以原子、分子级连续变化，从而消除了不同材料结合的性能不匹配因素。本文介绍了功能梯度材料的概念和开发背景，着重论述了功能梯度材料在材料设计、制备和性能评价方面的研究现状及其应用前景。     

轴向运动功能梯度梁的横向振动

新型非均匀复合材料,功能梯度材料具有防止脱层和减缓热应力等优良性能,将其应用于功能梯度梁的结构有着非常重要的工程应用价值。基于Euler-Bernoulli梁理论和Hamilton原理,建立轴向运动功能梯度梁横向自由振动的运动微分方程,其中假设功能梯度梁的材料特性沿梁厚度方向按各组分材料体积分数的幂函数连续变化;再对运动微分方程和边界条件进行量纲一处理,采用微分求积法对其进行离散化,导出系统的广义复特征方程,然后计算分析轴向运动功能梯度简支梁横向振动复频率的实部和虚部随量纲一轴向运动速度、梯度指标等参数的变化情况,并讨论量纲一轴向运动速度和梯度指标对功能梯度梁的横向振动特性以及失稳形式的影响。     

功能梯度压电材料梁的热-机-电耦合振动及屈曲特性分析

为提高粱理论对静动态响应预测的可靠性和准确性,基于一种n阶广义梁理论,研究外驱动电压及轴向机械载荷共同作用下功能梯度压电材料(Functionally graded piezoelectric material,FGPM)梁在热环境中的耦合振动及屈曲特性.考虑温度沿梁厚按不同类型稳态分布,采用Voigt混合幂率模型表征...     

中心刚体-功能梯度材料梁系统的动力学特性

对中心刚体-功能梯度材料梁系统在平面内作大范围转动的动力学特性进行研究。假设功能梯度材料的物性参数为梁厚度方向坐标的幂函数,在柔性梁纵向位移中计及由于横向变形而引起的纵向缩短项,即非线性耦合变形量。采用假设模态法描述变形,运用第二类Lagrange方程推导得到系统刚柔耦合动力学方程。在此基础上,考虑两种不同梯度分布规律下的功能梯度梁,通过数值算例讨论功能梯度分布规律、材料梯度指数等对作大范围旋转运动柔性梁的动力学特性的影响。结果表明,功能梯度分布规律、材料梯度指数的取值都会对系统的动力学特性产生较大影响。     

形状记忆合金梁的非线性弯曲变形

形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)梁作为一种新型智能元件,在工程领域的应用日益广泛。基于实测的形状记忆合金材料应力-应变关系曲线及梁的大变形理论,同时考虑SMA材料拉压力学性能的不对称性及简支端移动等因素,建立形状记忆合金梁非线性弯曲变形的控制方程,并采用打靶法、辛普森数值积分等方法对方程进行数值求解。通过梁在不同载荷条件下的挠曲线以及最大挠度—弯矩曲线,分析材料非线性、几何非线性及简支端移动3个因素对SMA超弹性梁弯曲变形的影响规律。结果表明:梁中性层位置随弯矩变化;弯矩较小时,材料性能是线性的,几何非线性及简支端移动对梁的弯曲变形几乎不产生影响;弯矩较大时,材料性能是非线性的,几何非线性及简支端移动对梁的弯曲变形产生明显影响。     

PSZ/Mo功能梯度材料的优化设计

在测量不同成分的热压PSZ/Mo功能梯度材料物理性能基础上，利用有限元分析方法，对材料进行了优化设计，确定了最佳成分分布因子、层数和每一层的厚度，对优化设计的PSZ/Mo功能梯度材料在稳态温度场的热应力进行了计算。在此基础上，用热压烧结的方法制备了六层结构的PSZ/Mo功能梯度材料。     

CNT纤维增强功能梯度复合板非线性建模与仿真

基于一阶剪切变形假设和哈密顿原理建立了碳纳米管(Carbonnanotube,CNT)增强功能梯度板大变形非线性有限元模型,实现了CNT纤维增强功能梯度复合板在发生大变形时的准确计算。该非线性模型不但包含几何全非线性应变—位移关系,还考虑薄板结构法向发生大转角的情形。通过与已有数据对比验证了所建模型的准确性。利用所建模型对四种典型的CNT分布形式,即均匀分布、O型分布、V型分布和X型分布的CNT纤维增强功能梯度复合板进行几何大变形非线性计算和分析,讨论CNT体积分数、CNT分布方式、结构宽厚比和载荷对CNT纤维增强功能梯度复合板的影响。研究表明:随着CNT体积分数的增加,该功能梯度复合板的刚度随之增加;相同体积分数下,X型分布复合板的刚度最大,均匀分布和V型分布次之,O型分布复合板的刚度最小。为CNT纤维增强功能梯度复合板的工程应用提供参考。     

基于XIGA的开孔功能梯度板材料分布多目标优化

为解决开孔功能梯度板多目标优化问题,提出了一种将扩展等几何分析方法(XIGA)和以材料分布变化的求解模式.针对开孔结构功能梯度板的力学计算,引入三阶剪切变形理论,并采用扩展等几何分析方法.为提高数值精度,在孔边界区域做四叉树自适应高斯积分.在材料属性描述中,以B样条函数代替传统的功能梯度材料分布函数.优化过程中,以描述材料分布的控制点作为设计变量,建立第一自然频率最大、板质量最小和屈曲临界参数最大的多目标优化问题,其中优化算法选用NSGA-Ⅱ算法.通过算例表明了算法的有效性.     

功能梯度材料简支板振动模态的有限元分析

概述了功能梯度材料的定义及应用及其力学研究的现状和进展,介绍了有限元法.采用有限元分析软件Hyperworks对四边简支功能梯度材料矩形板进行建模,得出了各阶振动频率,对四边简支功能梯度材料矩形板进行模态分析,并改变长厚比,进行了结果对比分析.     

梯度功能材料的研究进展

梯度功能材料(FGM)自二十世纪八十年代作为一种新型功能材料出现以来，得到了迅速发展。本文介绍了FGM的概念及其开发背景；综述了近年来FGM在设计、制备以及性能评价方面的研究现状；最后对FGM的发展前景作了展望。     

关于夹芯梁四点弯曲试验的计算分析

在材料力学推导出的矩形截面梁剪应力公式基础上,利用夹芯梁轴向位移,弯曲挠度与剪切应变的几何关系,推导出了夹芯梁截面弯曲应力及弯曲挠度表达式,弹性理论及有关试验结果都证明了该方法的计算精确度较高.理论计算分析表明:外载荷作用下夹芯梁四点弯曲时,在外载荷作用处夹芯梁面板与芯材结合部位应采用强度理论进行校核;均布载荷作用下剪...     

梯度功能材料的研究进展

梯度功能材料(FGM)自二十世纪八十年代作为一种新型功能材料出现以来,得到了迅速发展。本文介绍了FGM的概念及其开发背景;综述了近年来FGM在设计、制备以及性能评价方面的研究现状;最后对FGM的发展前景作了展望。     

计及非线性变形的空间自由旋转梁有限元模型

根据柔性梁的几何非线性变形理论,针对大范围运动的空间柔性梁,在考虑了弯曲和扭转的非线性因素对3个变形方向的影响的基础上,利用有限元方法进行离散,得到了较为精确的变形模式。利用Lagrange方程建立了非线性变形模式下的动力学方程,该方程包含了较为完全的刚度矩阵和各种耦合项。对一带有扭转弹簧的中心体-空间柔性梁结构进行仿真计算,说明变形耦合在横向变形中的作用不可忽视。     

基于弹性理论的功能梯度材料管板应力分析

功能梯度材料因其优良的热力学特性,在高温高压、大温差服役环境中的换热器管板制造过程中得到了广泛应用。目前,对功能梯度材料管板应力的求解都是基于弹性理论中的经典板理论求得。为此,利用物理中面概念,将材料的各向异性问题转化到经典板理论中,建立法兰连接且不兼做法兰的功能梯度材料管板的应力分布计算公式及管板危险点应力的求解公式,并采用ABAQUS对其进行压力载荷下的有限元分析,验证理论解的合理性。     

含共线裂纹功能梯度材料断裂问题分析

应用分层原理分析了具有不同弹性模量含共线双裂纹的功能梯度材料断裂问题。通过积分变换得到嵌入功能梯度材料裂纹的应力场和位移场,结合边界条件、连续条件及单个裂纹的应力场和位移场,将求解该裂纹问题转化为求解奇异积分方程组。通过求解奇异积分方程组得到裂纹的应力强度因子。最后针对材料弹性模量和裂纹几何参数对应力强度因子的影响进行了探讨。结果表明材料弹性模量分布形式对裂纹的应力强度因子影响显著,该结果可为功能梯度材料制备及材料设计等提供理论依据。