轴对称功能梯度圆板稳态热传导的精确解

对轴对称功能梯度圆板稳态热传导问题进行精确分析.根据正交各向异性功能梯度圆板稳态热传导的基本方程,假设材料热传导率沿板厚方向按指数函数形式梯度分布,利用分离变量法,获得了在上、下表面作用任意热载荷情况下的精确解.通过数值算例,分析了材料性质的梯度变化和板厚对温度场分布的影响.所获得的精确结果,可以作为评价其它近似方法的标准解答.

石墨烯增强功能梯度圆板受热机作用的响应分析

在推广后的Mian和Spencer功能梯度板理论基础上,研究了石墨烯增强功能梯度圆板受集中力和温度场作用的响应问题。基于修正后的Halpin-Tsai模型,考虑了温度依赖和石墨烯缺陷大小对石墨烯增强复合材料弹性模量的影响。沿板厚方向考虑了三种石墨烯纳米片的分布形式,石墨烯增强功能梯度圆板中心受集中力作用时,该问题转化为环板内边界上受均匀分布剪切力作用的问题。在板厚方向考虑热传导引起的非线性温度场。通过数值算例分析,验证了方法的正确性,并讨论了石墨烯含量,分布形式,缺陷大小,温度场和边界条件等因素对圆板热弹性响应的影响。

径向弹性约束下功能梯度圆板的热过屈曲

研究了周边具有面内径向弹性约束功能梯度圆板在横向非均匀升温下的热过屈曲行为.基于von Karman薄板理论,推导出了横向非均匀加热功能梯度圆板在径向弹性约束作用下的位移形式的轴对称热过屈曲控制方程.假设功能梯度材料性质沿厚度方向按幂函数连续变化,采用打靶法求解得到非线性常微分方程边值问题,获得了周边简支和夹紧条件下功能梯度圆板的热过屈曲响应.定量分析了径向弹性约束对圆板的临界屈曲温度载荷以及热过屈曲变形的影响,给出了不同弹性约束刚度功能梯度圆板的热过屈曲平衡路径和平衡构形.数值结果表明,径向弹性约束对圆板的热过屈曲平衡路径的影响显著,随着约束刚度的减小,临界屈曲温度载荷增大.

均匀热载荷作用下功能梯度圆板的非线性振动

基于经典板理论,研究了热载荷作用下功能梯度圆板的大幅振动问题。在经典板理论下利用物理中面概念,导出了功能梯度圆板的非线性运动方程。利用Ritz⁃Kantorovich方法消去时间变量,将非线性运动方程转换成了一组关于空间变量的非线性常微分方程。采用打靶法数值求解所得方程,并利用数值结果研究了热载荷作用下功能梯度圆板静态响应的影响和振幅、材料梯度参数、热载荷以及边界条件等对功能梯度圆板振动行为的影响。研究表明:热变形的存在使周边夹紧与简支FGM圆板的振动响应及线性振动与非线性振动行为均有显著不同。热过屈曲变形板的硬化是有限度的,过大的热过屈曲变形也会降低FGM圆板的刚度。

考虑前屈曲耦合变形时功能梯度圆板的稳定性分析

功能梯度材料(FGM)结构的非均匀性来自于材料组份沿某一方向梯度变化,因此会存在拉弯耦合效应。在周边简支边界条件下,只要有面内载荷就会产生挠度。本文基于经典板理论,研究了机械载荷和热载荷作用下FGM简支圆板的非线性变形及稳定性问题。假设FGM圆板的材料性质只沿厚度方向进行变化,利用能量原理推导出FGM圆板的平衡方程,得到了包含前屈曲耦合变形影响的控制方程,并用打靶法进行求解。讨论了外载荷、前屈曲耦合变形以及材料的温度依赖性质等因素对FGM圆板非线性变形和稳定性的影响。

复杂边界条件下功能梯度圆环板平稳随机振动响应特性分析

提出一种可用于分析复杂边界条件下功能梯度圆环板平稳随机振动响应特性的谱几何法‑虚拟激励法(spectro geometric method‑pseudo excitation method,SGM‑PEM)。采用沿圆环板边界均匀分布的边界约束弹簧来模拟复杂边界条件,通过虚拟激励法将平稳随机载荷转化为虚拟简谐载荷。在一阶剪切变形理论框架下,采用以简洁三角函数为内核的谱几何法来描述圆环板结构的位移容许函数。基于Rayleigh‑Ritz法推导了平稳随机激励作用下功能梯度圆环板的动力学分析模型。通过与有限元法结果对比分析,验证了文中构建的分析模型的有效性和准确性。分析了梯度指数、厚度参数、边界条件等因素对功能梯度圆环板平稳随机振动响应特性的影响规律。

功能梯度磁电弹性圆板的三维动力特性分析

根据正交各向异性磁电弹性材料空间问题的基本方程,假定功能梯度材料的电学、磁学和力学参数沿圆板厚度方向按同一指数函数变化,导出以位移、电势、磁势以及它们的一阶导数为状态变量的圆板动力问题的状态方程,采用微分求积法和状态空间法相结合的半解析数值方法进行求解.通过数值算例说明了本文方法的正确性和优越性.研究了功能梯度磁电弹性圆板的三维动力特性以及材料性质的不同梯度变化对该种新型智能复合材料结构动力性能的影响.研究成果可为该种智能材料结构的设计提供一定的参考.

基于Levinson三阶剪切理论的功能梯度轴对称圆板特征值问题求解

基于Levinson三阶剪切变形理论,研究了材料性质沿着厚度方向连续变化的功能梯度轴对称圆板的自由振动及屈曲特征值问题.首先,在Levinson三阶变形理论下建立了功能梯度轴对称圆板自由振动及屈曲问题的统一运动方程,利用级数法求得功能梯度轴对称圆板在Levinson理论下的特征值(临界载荷和固有频率),并研究了特征值随着FGM圆板梯度系数的变化情况.其次,利用载荷等效以及数学问题的相似性,得到了功能梯度轴对称圆板在Levinson理论下的特征值与经典理论下均匀圆板的特征值之间的解析转换关系.最后,利用转换关系求得转换解,并通过转换解与解析解的数值比较,相互验证了解的一致性及其准确性.在此基础上,本文还讨论了不同剪切理论对圆板特征值结果的影响.

轴对称自由振动功能梯度材料微圆板中的热弹性阻尼

基于经典弹性薄板理论和单向耦合热传导理论,研究了材料性质沿厚度连续变化的功能梯度微圆板的热弹性阻尼特性.首先,考虑热力耦合效应,建立了功能梯度微圆板轴对称横向自由振动微分方程.然后,忽略温度梯度在面内的变化,建立了单向耦合变系数一维热传导方程.采用分层均匀化近似方法,将变系数热传导方程转化为一系列常系数的微分方程,利用上下表面的热边界条件和层间连续性条件获得了微圆板温度场解析解.将所得温度场代入微圆板的自由振动微分方程,得到了包含热弹性阻尼的复频率,从而获得了反映热弹性阻尼水平的逆品质因子.最后,针对材料性质沿板厚按幂函数变化的陶瓷-金属功能梯度微圆板,定量地分析材料梯度指数、几何尺寸、边界条件、温度环境等对微圆板热弹性阻尼的影响.

热环境中功能梯度材料圆板的自由振动

基于von Kaman经典板理论,建立了功能梯度材料圆板在升温场内的大挠度动力学控制方程。将控制方程的响应分解为热过屈曲静态解和振动解两部分,得到了功能梯度材料圆板在热过屈曲平衡构形附近小振幅线性自由振动的微分方程。采用打靶法同时求热过屈曲和振动问题的控制方程,得到了随温度载荷变化的热过屈曲平衡路径以及前三阶固有频率的数值解。分析和讨论了板的材料梯度参数、温度场分布参数、边界条件等因素对过屈曲变形和振动响应的影响。分析中考虑了功能梯度板的组份材料的物性参数对温度的依赖性。

稳态热传导下功能梯度材料实心圆板的热响应分析

利用推广后的Main和Spencer功能梯度板理论,研究了横观各向同性功能梯度实心圆板在非均布温度场作用下的热弹性问题。采用该理论中的位移展开公式,在板厚度方向上考虑热传导引起的稳态温度场,材料常数和热传导率沿板厚方向可以任意连续变化。基于三维弹性理论,最终得到了功能梯度实心圆板在温度场作用下的热响应解答。通过数值算例分析,验证了该方法的正确性,另外还讨论了边界条件、材料梯度变化程度和板厚径比对功能梯度实心圆板热弹性响应的影响。

功能梯度Levinson圆板弯曲解的均匀化和经典化表示

基于Levinson三阶剪切变形理论,研究了材料性质沿厚度任意连续变化的功能梯度材料圆板的轴对称弯曲问题。首先,建立了功能梯度材料圆板在Levinson板理论下轴对称弯曲问题位移形式的控制微分方程,其中考虑了拉-弯耦合和三阶剪切变形效应。然后,利用载荷等效关系以及均匀板的经典理论控制微分方程,导出功能梯度圆板在Levinson剪切变形理论下弯曲解与经典理论下均匀圆板的挠度之间的解析转换关系,给出了转换系数的计算公式。由此,可将功能梯度材料圆板在Levinson三阶剪切理论下的弯曲问题转化为相应均匀薄圆板在经典理论下的弯曲问题求解,以及转换系数的计算问题。

正交各向异性功能梯度层合板稳态热传导问题的精确解

对轴对称正交各向异性功能梯度层合圆板稳态热传导问题进行精确分析.假设材料热传导率沿板厚方向按指数函数形式梯度分布,从正交各向异性功能梯度圆板稳态热传导的基本方程出发,利用分离变量法,获得了在上、下表面作用任意热分布情况下的精确解.通过数值算例的分析,指出材料性质的梯度变化、板厚边界条件等分析了对温度场分布的影响.所获得的精确结果,可以作为评价其它近似方法的标准解答.