功能梯度材料板在热环境与横向载荷共同作用下的非线性振动分析

本文进行了功能梯度材料板在横向载荷和热载荷作用下的非线性振动特性研究。基于Hamilton原理,采用Reddy的3阶剪切变形理论和Von-Karman理论建立了功能梯度材料板(物理性质随温度变化,材料成分分布服从幂率原理)结构的非线性振动方程,利用Galerkin方法将偏微分方程截断为常微分方程,并利用多尺度方法求解非线性系统的主共振。分别讨论了不同参数下板的幅频响应,观察到了多值和跳变现象。

功能梯度材料板安定区域优化（英文）

采用遗传算法优化功能梯度材料陶瓷相体积分布并考虑了金属相材料的强化,得到了循环力/热耦合作用下的功能梯度材料板的最佳安定区域,其中功能梯度材料热物参数空间分布规律采用一个指数函数描述,并给出了Al/SiC功能梯度材料板优化后的安定区域图。

功能梯度材料板的稳定性行为分析

功能材料通常由两种比如金属和陶瓷复合而的一种新型非复合材料。其由两种不同材料介质沿空间按不同组分进行复合,形成材料功能的梯度分布,从而满足构件不同部位对材料使用性能的不同要求。本文对功能梯度材料板结构分析的研究现状进行了评述,主要讨论了功能梯度板结构的稳定性,涉及到各种外因素影响下的不同力学行为。

求解功能梯度材料板弯曲问题的无网格方法

该文根据虚功原理,采用罚函数法满足本征边界条件,得到了功能梯度材料板弯曲的无网格法控制方程,并给出了两个数值算例.算例表明该方法具有节点少、精度高等优点.

非均匀温度场下变物性二维功能梯度材料板的瞬态热应力分析

研究了非均匀温度场下变物性二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布问题。并且建立了Al1100-Ti6Al4V-ZrO_2的二维功能梯度材料板的结构模型,构造了二维功能梯度板的有限元求解方法,计算得到了:1)二维功能梯度材料板在不同时刻的瞬态热应力分布规律;2)变物性(组分系数沿板长度和宽度方向变化)二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布;3)非均匀温度场下(线性温度分布、非线性温度分布及周期性温度分布)的二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布。

边界温度函数作用下功能梯度材料板的研究

应用ANSYS软件,研究ZrO2和Ti-6Al-4V功能梯度材料板在不同边界温度函数作用下的稳态热传导问题,得到不同边界温度函数作用下的稳态温度场分布。考虑了材料组分分布形状系数M对温度场的影响。

金属/陶瓷功能梯度材料(FGM)板的安定区域分析

安定性对受到热机械载荷作用下的金属/陶瓷功能梯度材料板的设计与分析非常重要。对受到常机械载荷和循环温度作用下的由弹塑性金属材料和陶瓷相材料构成的功能梯度材料(FGM)板进行安定性分析,其中板的材料热物参数空间变化采用指数函数模型描述。首先给出温度变化在FGM板厚度方向的分布函数,根据平面应力状态,分别给出机械应力和热应力纯弹性解,然后基于静力安定定理推导出了安定分析理论模型,并对具体的FGM板进行了安定性分析。结果表明相同组分材料且各组分材料总体积含量相同条件下的复合材料,组分材料沿板厚度方向连续梯度变化可提高板的安定性。

Hermite梯度重构核近似配点法及其在功能梯度材料板的静力分析中的应用

由于直接配点法在求解边值问题时边界上的求解精度较低,论文提出了Hermite梯度重构核近似配点法(HGCM)来改进边界求解精度.重构核近似是无网格法中一种常用的近似函数,但是其在求解高阶导数时格式复杂且非常耗时.HGCM采用梯度重构核近似构建形函数的任意高阶导数,提高了计算效率;通过Hermite配点法构建离散方程,提高了边界求解精度.这种方法在求解对应变系数四阶偏微分方程的功能梯度材料板的静力问题时精度高,计算效率高,并可进一步推广应用于高阶偏微分方程描述的边值问题.

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。

加热、冷却下变物性梯度功能材料板瞬态热应力

用非线性有限元法分析由ZrO2和Ti6Al4V组成的变物性梯度功能材料板在加热、冷却过程中的瞬态热应力问题,检验方法的正确性,给出不同力学边界条件下该材料板的瞬态热应力场分布,并与常物性时的结果进行比较。结果表明,考虑变物性比常物性时的最大拉应力减少26%,最大压应力减少23.2%;在冷却初瞬时,陶瓷侧出现很大拉应力;此外,材料组分的分布形状系数M的变化和力学边界条件对该材料板的加热、冷却瞬态热应力场分布的影响显著。此结果为该材料的设计、制备提供了准确的理论计算依据。

对流换热边界下变物性梯度功能材料板瞬态温度场有限元分析

用有限元法和有限差分法相结合的方法,分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板在对流换热边界条件下的非线性瞬态热传导问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的瞬态温度场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较。结果表明:在精确计算瞬态温度场分布时,变物性是影响梯度功能材料板瞬态温度场的最重要因素之一。此外,材料组分的分布形状系数、环境介质温度和对流换热系数的变化对变物性梯度功能材料板的瞬态温度场分布均有明显的影响。此结果为材料设计和进一步的热应力分析提供了准确的计算依据。

不同变形状态下变物性梯度功能材料板瞬态热应力

用非线性有限元法分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板的对流换热瞬态热应力问题,与已有文献比较检验了方法的正确性,给出了该材料板在不同变形状态下的瞬态热应力分布,并与常物性时的结果进行了比较。结果表明:无限自由长板内的热应力最小;当无限长板只能伸长、不能弯曲时,板内瞬态拉应力最大;当无限长板伸长、弯曲受限时,板内的瞬态压应力最大;考虑变物性时的最大拉应力比常物性减小48.9%,最大压应力减小39.6%;此外,对流换热系数的变化对不同变形状态下该变物性材料板瞬态热应力场的影响显著。此结果为该材料的设计和应用提供了准确的理论计算依据。

换热边界下变物性梯度功能材料板瞬态热应力

用有限元和有限差分法,分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板的瞬态热应力问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下变物性梯度功能材料板的瞬态热应力场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较。结果表明:在计算瞬态热应力场分布时,变物性是影响梯度功能材料板瞬态热应力场的最重要因素之一。此外,材料组分的分布形状系数M、环境介质温度和对流换热系数的变化对变物性梯度功能材料板的瞬态热应力场分布均有明显的影响。此结果为梯度功能材料的设计和应用提供了理论计算依据。

不同力学边界下梯度功能材料板稳态热应力

用有限元法研究了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的梯度功能材料板的稳态热应力问题,检验了研究方法的正确性,给出了不同力学边界条件下该材料板的稳态热应力场分布。结果表明:无限自由长板内的热应力最小;当无限长板只能伸长、不能弯曲时,板内稳态拉应力最大,比无限自由长板时板内最大拉应力增大6.1倍;当无限长板的伸长、弯曲受限时,板内的压应力最大,比无限自由长板时板内最大压应力增大12.0倍;此外,材料组分形状分布系数M、对流换热系数、环境介质温度和孔隙度的变化对不同力学边界条件下该材料板稳态热应力场的影响显著。此结果为该材料的设计和应用提供了准确的理论计算依据。

对流换热边界下梯度功能材料板瞬态热传导有限元分析

用有限元法与有限差分法相结合的方法 ,对处在对流换热边界条件下的梯度功能材料板的瞬态热传导问题进行了分析 ,并且通过由ZrO2 和Ti 6A1 4V组成的梯度功能材料板对本方法的正确性进行了检验 ,最后给出了对流换热边界下的瞬态温度场分布。数值计算结果表明 :材料组分的分布形状系数M、环境介质温度和对流换热系数的变化对梯度功能材料板的瞬态温度场分布均有明显的影响。本文结果为梯度功能材料的优化设计和进一步的热应力分析提供了理论计算依据。

换热边界下梯度功能材料板瞬态热应力研究

用有限元和辛普生法 ,研究了由ZrO2 和Ti 6Al 4V组成的梯度功能材料板的瞬态热应力问题 ,检验了方法的正确性 ,给出了对流换热边界下的瞬态热应力场分布。结果表明 :材料组分的分布形状系数M、对流换热系数和环境介质温度的变化对该材料板的瞬态热应力场分布均有明显的影响 ;在本研究相同条件下 ,该材料无限自由长板在金属和陶瓷附近板内为压应力 ,而在板中部为拉应力。此结果为该材料的设计制备提供了准确的理论计算依据。

梯度功能材料板热弹性分析模型

建立了梯度功能材料板的热弹性分析模型。考虑到梯度功能材料的材料性能沿板厚变化,参照复合料层合板将其沿板厚分为若干层,当层数足够多时,各层材料性能可视为常值。通过引入温度沿板厚折线假设和在位移场中考虑截面翘曲,显著改善了这类问题解的精度。算例显示了文中模型的精度和已有分析方法的不足,讨论了分层数的选取。

换热边界下梯度功能材料板稳态温度场研究

用有限元法分析了由ZrO2和Ti 6Al 4V组成的梯度功能材料板在对流换热边界条件下的稳态温度场问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的稳态温度场分布。结果表明:材料组分的分布形状系数M、孔隙度P、对流换热系数和环境介质温度的变化对梯度功能材料板的稳态温度场分布均有明显的影响。此结果为材料设计和进一步的热应力分析提供了准确的计算依据。

换热边界下变物性梯度功能材料板稳态热传导分析

用有限元法分析了由ZrO2和Ti 6Al 4V组成的变物性梯度功能材料板在对流换热边界条件下的非线性稳态热传导问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的稳态温度场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较.结果表明:在精确计算稳态温度场分布时,变物性是影响梯度功能材料板的稳态温度场的最重要因素之一.此外,材料组分的分布形状系数M、环境介质温度、对流换热系数和孔隙度P的变化对变物性梯度功能材料板的稳态温度场分布均有明显的影响.此结果为材料设计和进一步的热应力分析提供了准确的计算依据.图7,参6.

单轴面内压缩功能梯度材料矩形板的弹塑性屈曲和后屈曲

采用有限元程序ABAQUS研究了功能梯度材料矩形板的弹塑性屈曲和后屈曲问题.为计入材料物理非线性效应和结构变形几何非线性效应的影响,分析中调用Riks算法进行计算,给出了板弹性屈曲、弹塑性屈曲、塑性屈曲的大致厚度范围.结果表明,组分参数对FGM板屈曲及后屈曲性能的影响较大,同时,对于功能梯度材料矩形板的后屈曲平衡路径,按弹性与弹塑性两种不同分析方法得出的结果之间存在巨大差异.