弹性地基上非对称多孔功能梯度材料夹层板的自由振动

基于精细剪切变形理论研究了弹性地基上的非对称孔隙功能梯度材料(functionally graded material, FGM)夹层板的自由振动。结合该理论提出了一种新的非对称多孔FGM夹层板在弹性地基上的自由振动模型,且该模型只包含四个未知变量。控制方程是通过Hamilton原理建立的,并通过Navier法获得了其在四边简支下的固有频率。将模型退化为无弹性地基的非对称FGM夹层板以验证模型的准确性。最后详细讨论了参数变化对弹性地基上的非对称多孔FGM夹层板的自由振动行为的影响。研究发现,在不同的弹性系数下,非对称多孔FGM夹层板的固有频率会随着边厚比的增加而增加,而体积分数指数的增加对于不同弹性系数下的非对称多孔FGM夹层板的固有频率有不一样的变化。

金属-陶瓷功能梯度材料(FGM)等效弹性模量有限元模型

基于有限元方法离散思想,直接考虑基体相与增强相相互作用,建立预测金属-陶瓷功能梯度材料(Functionally Graded Materials,简称FGM)等效弹性模量的有限元模型,分别预测Al2O3/Al FGM和SiC/Al FGM等效弹性模量,并分析预测结果。

功能梯度材料主动混合3D打印喷头的应用研究

功能梯度材料(Functionally Graded Materials,FGM)在生物医学、柔性电子、软体机器人和航空航天等领域有着广泛应用。但是,目前3D打印装置大多处于试验阶段,存在生产稳定性低、无法连续生产以及抽真空时密封性差等问题。针对存在的问题,设计一种基于多材料主动混合的3D打印喷头,利用阀针控制和骨架油封,解决了聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)/碳化硅(Silicon Carbide,SiC)功能梯度材料无法连续性制备的难题,为功能梯度材料的广泛应用提供了一种新的解决方案。经验证,此方案制造聚合物功能梯度材料具有可行性,对后续研究具有重要的指导意义。

梯度功能材料研究的一些进展

综述了近年来梯度功能材料 (FGM )在优化设计、制备、性能评价以及应用方面的最新研究进展 ,并对其中的热点问题作了系统阐述。对于热应力缓和型FGM ,其优化设计的关键环节是准确分析残余热应力的大小和分布。液相法制备FGM以其低成本、操作简单的优势将会获得更大的发展。对FGM的性能测试要尽可能模拟实际使用环境下载荷的不均匀分布。梯度功能热障涂层是FGM的重要应用之一 ,它与传统的热障涂层相比可明显提高耐久性。此外 ,还介绍了FGM在面向等离子体护墙材料以及生物材料上的应用。

离心铸造法制备Al_3Ti/Al原位自生功能梯度复合材料

采用离心铸造法,用TiO2粉末与纯铝熔液原位反应生成Al3Ti颗粒增强相,获得了组织和性能在径向上呈梯度分布的Al3Ti/Al功能梯度复合材料。考察了材料的显微组织和硬度,Al3Ti颗粒和材料硬度在径向上由外向内呈梯度分布。研究分析了离心和转速、TiO2加入量和激冷强度对复合材料组织和硬度的分布梯度的影响。结果表明,这些因素对复合材料组织和性能分布梯度的影响较大。

均布荷载下抛物线形FGM冻结壁弹塑性解

通过求解弹性状态下材料性质呈抛物线变化的FGM厚壁圆筒受均布荷载的解析解,并结合摩尔-库伦强度准则对冻结壁塑性状态下的应力分布进行了分析。将所得结果与均质冻结壁进行比较,总结出该类FGM冻结壁的受力特性。最后提出对冻结壁设计施工的建议。

面向等离子体W/Cu FGM的抗热冲击性能

采用循环水淬和脉冲激光冲击法并结合有限元计算考察和分析了用超高压梯度烧结方法制备的W/Cu FGM的抗热震性能.结果表明,W/Cu FGM经受50次800℃～25℃水淬冲击和100 MW/m2以上的激光循环冲击,没有出现界面破坏现象;但随着热冲击次数及冲击能量密度的增加,金属W表面产生了裂纹、晶间断裂以及出现液相及蒸发现象.与非梯度材料相比,W/Cu FGM有优异的抗热冲击性能,大致可以经受100 MW/m2 350次以上的激光循环冲击.

采用微波技术制备玻璃化温度渐变的EP/PU梯度功能材料

采用微波固化技术,制备了环氧树脂/聚氨酯梯度功能材料(EP/PU)FGM。分别采用扫描电镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对该梯度材料的形貌、结构进行了表征;并对材料的玻璃化转变温度和机械性质进行了测定。该FGM厚11·2mm,PU和EP层分别为2mm,过渡部分每层约为1mm。沿梯度方向,弹性模量变化范围可从0·069GPa到3·2GPa,玻璃化转变从160℃到-54℃,拉伸强度沿梯度方向也呈现渐变,从4·65MPa到64·8MPa。

单向固化法制备功能梯度热电材料PbTe

利用不同掺杂剂PbI2,Al和Zr对制备热电材料n-PbTe载流子浓度的影响,采用单向固化法制备具有连续载流子浓度的功能梯度热电材料.测试结果表明,连续载流子浓度的功能梯度材料PbTe比相同浓度焊接的功能梯度材料输出效率提高约30%.

基于DP准则的功能梯度材料冻结壁受力分析

为了更好地分析深厚冲积层冻结壁的力学特性,基于Druker-Prager强度准则,将冻结壁视为力学性质呈抛物线变化的功能梯度材料(FGM)的厚壁圆筒,推导出FGM冻结壁弹性区和塑性区的应力解析表达式,以及作用于冻结壁上的外荷载p与塑性区相对半径ρ之间的关系式。计算结果表明:冻结壁的径向应力随相对半径r的增大而增加,冻结壁环向应力随相对半径r呈抛物线形变化,并且冻结壁塑性区的环向应力与外荷载大小无关,只与其所处位置有关。另外,由工程实例计算可得,冻结壁在530 m处承受的外荷载p为6.36 MPa,约等于冻结壁的弹性极限力6.33 MPa,小于其塑性极限承载力18.89 MPa,表明该冻结壁是安全的。

基于物理中面FGM简支梁的弯曲行为

基于一阶非线性梁理论,利用物理中面概念导出了FGM梁的基本方程,分析了热载荷作用下简支FGM梁的弯曲行为。当坐标面置于功能梯度材料(FGM)梁的物理中面上时,其本构方程中,面内力与弯矩并不耦合,使得问题的控制方程以及边界条件得以简化。分析中假设功能梯度材料性质只沿梁厚度方向、并按成分含量的幂指数形式变化;利用打靶法数值地求解了所得方程。数值结果表明:热载荷作用下,夹紧FGM梁发生过屈曲变形,而简支梁则发生较为复杂的热弯曲变形;在同一热载荷作用下,简支FGM梁将会产生三种构形问题;剪切变形对夹紧FGM梁的热变形影响比简支梁更明显。

HA／316L粉非对称生物FGM的微观组织与增韧机制

采用热压工艺制备了HA/316L粉非对称生物功能梯度材料(FGM)。HA/316L粉非对称生物FGM在宏观上呈现明显的梯度,微观上则表现出成分连续变化,且各成分分布均匀、弥散。在各梯度层内部及界面都没有裂纹及大孔洞出现,界面结合紧密。随着316L粉的含量增加,韧窝的数量逐渐增加,韧窝形貌由浅变深,边缘由尖锐逐渐变得圆滑,表明材料由脆性断裂向韧性断裂转化。纯HA梯度层为典型的脆性断裂,HA80/316L和HA60/316L梯度层表现为典型的晶间断裂,HA40/316L和HA20/316L梯度层断裂性质为晶间断裂中掺杂有韧性断裂,而316L梯度层则表现为典型的韧性断裂。316L粉的加入改变了HA/316L粉生物FGM各梯度层的断裂方式,从而提高了材料的力学性能。从整体上而言,HA/316L粉生物FGM主要增韧机制包括层间裂纹偏转增韧与裂纹偏转增韧。

MOCVD法制备金属陶瓷功能梯度材料的研究

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法,以Mo(CO)6,Si(OC2H5)4为物源,在Al2O3陶瓷基片上制备了金属陶瓷功能梯度材料,并用XPS,XRD,SEM等技术对其成分分布,物相组成和表面形貌进行测试和表征.结果表明:材料的组成沿厚度方向呈连续梯度变化,符合功能梯度材料的变化规律.

基于物理中面FGM经典梁的非线性力学行为

利用物理中面概念,基于经典非线性梁理论,导出FGM梁的基本方程,分析研究热载荷作用下FGM梁的过屈曲、弯曲以及在这些构形上的振动等问题.假设功能梯度材料性质只沿梁厚度方向,并按成分含量的幂指数函数形式变化.利用打靶法数值地求解所得方程.数值结果表明:热载荷作用下,FGM夹紧梁发生过屈曲变形,而简支梁则发生较为复杂的热弯曲变形;热载荷作用下,FGM夹紧梁和简支梁的动态行为也有明显区别.

对流换热边界下2D-FGM板稳态温度场精确解

为研究热传导问题的精确解,假设材料的热导率和对流换热系数按相同型指数函数规律分布,基于二维固体导热微分方程,采用分离变量法,给出了2D功能梯度材料(functionally graded material,FGM)板在对流换热边界条件下稳态温度场的精确解,并用有限元法对其结果进行了验证.具体算例分析表明:通过改变热导率梯度变化参数、流体介质温度、对流换热系数和结构几何尺寸可以优化2D-FGM板的温度场分布.所求得的精确解可作为其他关于FGM板温度场分布近似解的参考标准.

半无限基衬上功能梯度材料层结构声学性能研究

基于回传射线矩阵法,研究了平面声波入射下半无限弹性基衬上功能梯度材料层的水下声学性能。将功能梯度材料层沿厚度方向上分层,各子层视为均匀材料,并推导了流-固界面处及功能梯度层与基衬界面处的声波局部散射矩阵及各分层的相位偏移矩阵,然后组装得到关于各分层材料波幅的总体矩阵方程,最终求解功能梯度材料层的反射系数及吸声系数。通过数值计算分析了材料参数沿厚度指数型式变化的功能梯度材料层的材料梯度、入射角、基衬材料参数等因素对吸声系数的影响规律。分析结果表明半无限介质上的功能梯度材料层结构实现了由表层材料向基衬材料参数的渐变,对中高频声波具有较宽频的吸声性能;弹性基衬材料主要影响功能梯度层结构的低频吸声性能,基衬材料的特性阻抗与水越接近有利于提高低频段吸声性能。

激光熔覆法制备镀铜石墨/铜梯度复合材料及性能研究

利用YLS-4000-CL光纤激光器在Q235钢上制备镀铜石墨/铜梯度复合涂层,对熔覆层宏观表面进行观察,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)对熔覆层的微观形貌进行观察。利用显微硬度计和磨损试验机以及多功能材料表面性能仪测试熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能。分析表明:激光功率600 W,扫描速率8 mm/s时,石墨/铜梯度材料的硬度值最大,为115 HV,并且磨损率也达到最小值,为6.9‰。