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基于增量微分求积单元法的功能梯度材料夹层板非线性瞬态传热分析
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作者 张忠 许家婧 +3 位作者 曹小建 王艳超 朱军 姚潞 《复合材料学报》 EI CAS 2024年第11期6284-6296,共13页
作为首次尝试,采用增量微分求积单元法(IDQEM)开展了功能梯度材料(FGM)夹层板的一维非线性瞬态传热分析。夹层板组分材料的热工参数随空间位置变化,且具有温度依赖性。基于IDQEM,沿层界面将夹层板划分为3个空间子域,同时将整个受热过程... 作为首次尝试,采用增量微分求积单元法(IDQEM)开展了功能梯度材料(FGM)夹层板的一维非线性瞬态传热分析。夹层板组分材料的热工参数随空间位置变化,且具有温度依赖性。基于IDQEM,沿层界面将夹层板划分为3个空间子域,同时将整个受热过程划分为若干时间子域。采用微分求积技术对任一时间子域内的控制方程、初始条件、界面条件及边界条件进行离散处理。由于所获得的离散方程建立在不同区域的节点上,因此对方程进行修改并将其表示为矩阵形式,以便它们可以建立在同一区域中。采用Kronecker积将联立的矩阵方程转化为一系列代数方程组,并采用Newton-Raphson迭代法近似求解,即可获得单个时间子域内的温度解。由于每个时间子域的初始条件可由上一个时间子域最终时刻的温度分布决定,因此从第一个时间子域逐渐递推到最后一个子域,即可获得整个受热过程的温度分布。数值算例验证了本方法的快速收敛性,与已有文献的解析和数值结果的对比验证了本方法的正确性。最后,讨论了热工参数温度依赖性、体积分数指数及热边界条件对FGM夹层板温度分布的影响。 展开更多
关键词 功能梯度材料夹层 温度依赖性 瞬态传热 增量微分求积单元法 Newton-Raphson迭代法
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考虑横向拉伸的FGM夹层双曲扁壳自由振动分析 被引量:4
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作者 王爱文 张伟 +1 位作者 郝育新 李珍妮 《应用力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期1108-1114,共7页
在双曲正弦高阶剪切变形理论的基础上,针对横向位移增加厚度坐标的幂函数项,考虑了横向拉伸的影响,研究了简支条件下功能梯度夹层双曲扁壳的自由振动。基于Hamilton原理推导出了其动力学模型,利用Navier方法计算了表层是功能梯度材料,... 在双曲正弦高阶剪切变形理论的基础上,针对横向位移增加厚度坐标的幂函数项,考虑了横向拉伸的影响,研究了简支条件下功能梯度夹层双曲扁壳的自由振动。基于Hamilton原理推导出了其动力学模型,利用Navier方法计算了表层是功能梯度材料,芯层是匀质材料的双曲扁壳的量纲为一的固有频率,并与已有结果进行了比较。分析了功能梯度材料性质梯度变化指数、芯层厚度、长厚比、曲率半径与厚度比对量纲为一的固有频率的影响。结果表明:与已有结果比较,基于考虑横向拉伸影响的正弦剪切变形理论,功能梯度夹层双曲扁壳对量纲为一的固有频率的计算结果是准确的;量纲为一的固有频率随着材料性质梯度变化指数的增加而单调减小,随着长厚比的增加而单调增加,随着芯层厚度的增加而单调增加。 展开更多
关键词 功能梯度夹层 双曲扁壳 自由振动 正弦剪切变形理论 横向拉伸
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考虑尺度效应的夹层楔形多孔梁动力学分析 被引量:3
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作者 蒲刚 章定国 黎亮 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1882-1896,共15页
基于修正偶应力理论,研究了具有大范围旋转中心刚体-功能梯度夹层Euler-Bernoulli楔形多孔柔性微梁系统的动力学特性.楔形梁是中间层为不完全功能梯度层,两表层为均质材料的功能梯度夹层结构,它可以减小传统夹层结构由于层与层之间材料... 基于修正偶应力理论,研究了具有大范围旋转中心刚体-功能梯度夹层Euler-Bernoulli楔形多孔柔性微梁系统的动力学特性.楔形梁是中间层为不完全功能梯度层,两表层为均质材料的功能梯度夹层结构,它可以减小传统夹层结构由于层与层之间材料属性的不同导致脱粘类型损伤的影响.采用假设模态法描述变形,考虑具有捕捉动力刚化效应的非线性耦合项,计及von Karman几何非线性应变,运用第二类Lagrange方程,导出了适用于较大变形的高次刚柔耦合动力学方程.对在平面内做大范围运动的中心刚体-功能梯度夹层Euler-Bernoulli楔形多孔微梁的动力学特性进行了详细研究.研究表明:功能梯度夹层楔形梁表层结构高度、旋转角速度、功能梯度幂指数、尺度参数、孔隙度以及各层结构的体积分数对系统的动力学特性都有很大的影响;功能梯度夹层楔形梁综合了功能梯度直梁和楔形梁的特性,其相对于功能梯度直梁的固有频率增大,同时使得孔隙度对结构固有频率变化趋势的影响不再与功能梯度直梁相同;由于柔性梁变形能中具有横向与轴向的耦合势能,系统在稳态下的平衡位置发生了迁移现象;系统随着尺度参数的变化发生了频率转向与振型转换. 展开更多
关键词 修正偶应力理论 功能梯度夹层楔形梁 孔隙度 大范围运动 频率转向
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考虑横向拉伸影响的FGM夹层板动不稳定性分析 被引量:1
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作者 王美祥 郝育新 刘令涛 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期638-648,共11页
以受多种形式面内载荷作用下的功能梯度夹层矩形板为研究对象,夹层板的功能梯度层组分材料沿厚度方向按幂律分布,考虑组分材料物性参数的温度相关性。研究中所用的位移场在Reddy高阶剪切变形理论基础上考虑了横向拉伸的影响。利用能量... 以受多种形式面内载荷作用下的功能梯度夹层矩形板为研究对象,夹层板的功能梯度层组分材料沿厚度方向按幂律分布,考虑组分材料物性参数的温度相关性。研究中所用的位移场在Reddy高阶剪切变形理论基础上考虑了横向拉伸的影响。利用能量原理和Galerkin法得到四边简支功能梯度材料夹层矩形板的动力学模型。运用Bolotin法求得了系统的动不稳定区域。对比结果表明考虑横向拉伸影响时与文献中的对比更接近,并详细研究了几何物理参数、环境温度以及不同分布形式的面内外载荷对系统动不稳定区域的影响,结果表明:随着金属体积分数指数、长宽比、静态载荷参数、载荷比的增加,系统参数激励动不稳定区域的宽度增加;随着温差、长厚比、面内载荷分布系数的增加,系统参数激励动不稳定区域的宽度减小。 展开更多
关键词 功能梯度材料夹层 横向拉伸 不同载荷分布形式 动不稳定性
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刚性圆柱形压头作用下梯度材料夹层轴对称无摩擦接触问题
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作者 宋慧 刘铁军 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第S1期276-282,共7页
论文主要研究刚性圆柱形压头作用下,涂层-梯度层-半空间结构的无摩擦光滑接触问题.假设均匀表面和半空间具有不同的力学性能,梯度层剪切模量沿厚度方向呈指数函数变化,泊松比为一常数.通过Hankel变换及其逆变换求解微分方程,将接触问题... 论文主要研究刚性圆柱形压头作用下,涂层-梯度层-半空间结构的无摩擦光滑接触问题.假设均匀表面和半空间具有不同的力学性能,梯度层剪切模量沿厚度方向呈指数函数变化,泊松比为一常数.通过Hankel变换及其逆变换求解微分方程,将接触问题转化为奇异积分方程,通过数值分析方法得到均匀表层的位移和应力基本解.利用该基本解,求解刚性圆柱形压头作用下的接触应力分布,并研究了接触半径一定,剪切模量比值变化对应力分布的影响.结果表明,接触半径变化会对应力分布产生影响;同时可以发现,厚度对接触应力分布具有一定的影响. 展开更多
关键词 功能梯度材料 夹层 Hankel变换及逆变换 奇异积分方程
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Vibration and Instability of Third⁃Order Shear Deformable FGM Sandwich Cylindrical Shells Conveying Fluid
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作者 LI Zhihang ZHANG Yufei WANG Yanqing 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2022年第1期47-57,共11页
The vibration and instability of functionally graded material(FGM)sandwich cylindrical shells conveying fluid are investigated.The Navier-Stokes relation is used to describe the fluid pressure acting on the FGM sandwi... The vibration and instability of functionally graded material(FGM)sandwich cylindrical shells conveying fluid are investigated.The Navier-Stokes relation is used to describe the fluid pressure acting on the FGM sandwich shells.Based on the third-order shear deformation shell theory,the governing equations of the system are derived by using the Hamilton’s principle.To check the validity of the present analysis,the results are compared with those in previous studies for the special cases.Results manifest that the natural frequency of the fluid-conveying FGM sandwich shells increases with the rise of the core-to-thickness ratio and power-law exponent,while decreases with the rise of fluid density,radius-to-thickness ratio and length-to-radius ratio.The fluid-conveying FGM sandwich shells lose stability when the non-dimensional flow velocity falls in 2.1-2.5,which should be avoided in engineering application. 展开更多
关键词 FGM sandwich shell FLUID third-order shear deformation shell theory VIBRATION stability
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