梯度材料力学研究进展

梯度材料的广泛应用促进了梯度材料力学的深入发展。由于梯度材料在空间上渐变的特征。使得相应的力学行为与常规材料有较大的不同。文章分别就梯度材料力学中的细观模型、裂纹行为、热应力和数值计算方法等几个方面进行了阐述。回顾了近二十年来梯度材料力学所取得的研究成果和应用进展。最后探讨了梯度材料力学所面临的新课题及发展方向。     

SiC/C功能梯度材料的制备

以经典无限大叠板理论和热弹性力学为基础,通过自选开发的计算机辅助设计系统对SiC/C FGM中的热应力分布进行了理论分析,得到制备SiC/C的功能梯度材料最佳工艺参数,采用热压烧结工艺,在1950℃,25MPa和保温1h的条件下制备出了F4和F7两种无宏观缺陷的块体SiC/C功能梯度材料,采用SEM对FGM微观结构进行了观察。500℃室温淬水实验表明,按最佳参数制备的功能梯度材料F7具有良好的抗热震性能。     

Optimization of axial symmetrical FGM under the transient-state temperate field

A numerical procedure for analyzing the temperature distribution in a hollow axisymmetric cylinder, made of functionally gradient material (FGM), was investigated. Based on the thermal elasticity theory and the arbitrary difference precise integration (ADPI) method, temperature distribution through the FGM cylinder in the ring section under a transient-state temperature field was developed and presented. A genetic algorithm (GA) was applied to the thermal stress optimal design of an FGM hollow cylinder, and as a result, the minimum thermal stress distribution in the FGM cylinder was obtained. A corresponding numerical procedure regarding to a ceramic-metal FGM cylinder was performed, and the computational results were discussed.     

夹FGM层的金属/陶瓷ECBF复合板稳态热应力

用有限元法和辛普生法研究了ECBF(不能自由伸长但可自由弯曲)力学边界下中间夹FGM层的金属/陶瓷复合板的稳态热应力问题,检验了研究方法的正确性,给出了该材料复合板的稳态热应力场分布(Ta=850K,Tb=1750K).结果表明:FGM层厚度的增加,对ECBF复合板的稳态热应力影响不明显;当功能梯度材料组分的分布系数M=1时,热应力曲线平缓而光滑,当M=0.1和10时,热应力曲线出现明显的转折点和起伏;随着FGM层孔隙率的增大,三层板的衔接界面处,热应力变化增大,曲线出现尖角,并达到峰值,陶瓷侧的最大拉应力增大三倍;与金属/陶瓷二层复合板界面处热应力出现突变相比,夹FGM层的金属/陶瓷复合板的热应力非常缓和.此结果为该复合板的设计和应用提供了准确的理论计算依据.     

等离子喷涂法制备B4CCu梯度材料

以钢为基体,利用大气等离子喷涂技术制备了４种Ｂ_４Ｃ涂层（纯Ｂ_４Ｃ涂层和成分分布指数分别为Ｐ＝０．２,１,２的Ｂ_４Ｃ／Ｃｕ梯度涂层）．对这几种涂层的形貌进行了观察;对Ｂ_４Ｃ／Ｃｕ梯度涂层的残余热应力进行了分析：对纯Ｂ_４Ｃ涂层和Ｂ_４Ｃ／Ｃｕ梯度涂层进行了Ｘ射线电子束热冲击测试．结果表明,Ｐ＝１的Ｂ_４Ｃ／Ｃｕ梯度涂层具有最好的抗热震性．最后对Ｂ４Ｃ涂层的化学溅射性能进行了测试．     

基于遗传算法轴对称梯度功能材料优化设计

基于计算数学理论与热弹性原理, 针对环状截面梯度功能材料(FGM)提出了热应力分布公式.以沿坐标轴的最大热应力达到最小为目标,建立了轴对称FGM多目标优化模型. 应用遗传算法实现了优化设计, 获得了稳态温度场下环状截面FGM的最佳材料分布参数.     

一维热应力缓和型功能梯度材料的计算机辅助设计系统

基于经典的叠层板理论和热弹性力学的有关理论,合理简化边界条件,建立了一维非对称热应力缓和型功能梯度材料（ＦＧＭ）分析模型,推导了ＦＧＭ在稳态温度场下温度分布函数及热应力分布函数,在此基础上,开发出了非对称应力缓和型功能梯度材料与计算机辅助设计系统ＦＧＭＣＡＤ,ＦＧＭＣＡＤ的作用在于能够通过改变ＦＧＭ的各项设计参数来实现残余应力和工作应力在ＦＧＭ中的分布达到最优,还给出了设计１个ＦＧＭ时系统的运行实     

梯度功能材料薄壳动态热挠度的Laplace变换有限元分析

采用Laplace变换有限元法分析了梯度功能材料薄壳结构的热冲击挠度。首先从控制方程出发,推导出梯度功能材料热冲击问题的泛函及变分原理;然后对梯度功能材料薄壳的热冲击问题推导出有限元方程;利用Laplace变换引入初值条件后推导出拉氏域上的有限元计算公式,经求解后再通过Laplace数值逆变换求得时间域上各给定时刻的解答。计算实例证明了该方法的有效性,其计算结果可供工程设计参考。     

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%.     

轴对称功能梯度材料设计模型

采用弹性力学,复合材料力学以及计算数学的有关理论,建立起了轴对称功能梯度材料分析模型,结合这类材料实际应用背景,给出了理论模型求解的边界条件,在求解梯度层层间热应力的过程中,引入了三角级数来描述功能梯度材料层间热应力,从而得到了层间热应力的精确解,以此优化这类材料的设计与实现该类材料的成功制备。     

化学镀制备SiC/Ni-P功能梯度材料

通过对化学复合镀Ｎｉ－Ｐ－ＳｉＣ复合镀层的研究，找到了制备ＳｉＣ／Ｎｉ－Ｐ功能梯度材料的工艺方法．并采用光学显微镜、电子探针分析仪、透射电镜等方法和手段对ＳｉＣ／Ｎｉ－Ｐ功能梯度材料的组织、形貌和成分进行了研究．结果表明，功能梯度材料的微观结构与材料成分梯度分布之间有很好的对应关系．     

Ti/Al2O3梯度材料的结构设计与制备

摘要：选择Ti／Al2O3体系的梯度功能材料,利用有限元软件分析制备过程中产生的残余热应力后,得到最佳组成分布指数P=0．80,按照此设计结果利用热压烧结工艺制备出结构致密、形貌完整的Ti／Al2O3梯度功能材料,并对其进行了显微组织结构分析。     

云纹干涉热复制技术研究双材料界面热应力

用云纹干涉技术和热复制变形栅技术研究了双材料搭接试件界面区域的热应力和热变形。在云纹干涉实验中,提出了热复制硅橡胶变形栅的新技术并利用光載波技术将均匀热膨胀变形与热应力相关热变形分离,在实验的基础上给出了双材料界面及周围区域的热应力分布和角点处应力集中状态并对此进行了讨论。     

FGM梁稳定性分析的DQ法

用DQ方法研究热荷载作用下功能梯度梁的稳定性问题.基于三阶剪切变形理论,采用能量原理推导梁屈曲问题的基本方程,采用DQ方法对所得基本方程和边界条件进行离散处理.数值求解固支边界条件下功能梯度梁的临界屈曲热载荷,并得到临界屈曲热载荷随梯度参数的变化曲线.三阶理论的方程很容易退化为一阶理论和经典理论下相应的方程.结果表明:...     

梯度功能材料在烧蚀条件下温度场的数值模拟

建立了功能梯度材料在烧蚀条件下传热的物理模型和数学模型,利用弹性网格的方法对移动边界的温度场进行了分析。最后对碳／陶瓷梯度功能材料进行了计算。     

S型B4C-SiC/C功能梯度材料的设计和制备

对（ｌ－×）（８０％Ｂ４ＣＣ－２０％ＳｉＣ）／ｘ Ｃ（体积分数）功能梯度材料的 ×＝０． ２, ０．４, ０．６, ０．８的各层 分别在２０００℃,２０ＭＰａ进行了热压,测定了各层的密度,线膨胀系数,弹性模量和抗弯强度等． 按线性成分分布函数的６层和１１层梯度材料热压后都出现了裂纹．采用了不同于幂函数的Ｓ 型成分分布函数设计,热压了１１层（×＝０．２～１．０）的功能梯度材料,其抗弯强度为２１６ＭＰａ,抗热震 性＞５００℃．     

EFBC边界下金属-FGM-陶瓷复合板稳态热应力

用有限元法和辛普生法研究了EFBC力学边界下中间夹FGM金属/陶瓷复合板的稳态热应力问题,检验了研究方法的正确性,给出了该材料复合板的稳态热应力场分布(Ta=400 K,Tb=1 700 K).结果表明:FGM层厚度的增加,对EFBC复合板的稳态热应力影响不明显;当M=1时,热应力曲线平缓而光滑,当M=0.1和10时,热应力曲线出现明显的转折点;随着FGM层孔隙率的增大,三层板的衔接界面处,热应力变化增大,曲线出现钝角,金属侧的最大拉应力增大38.9%,陶瓷侧的最大压应力增大32.67%.与金属/陶瓷二层复合板界面处热应力出现突变相比,夹FGM金属/陶瓷复合板的热应力非常缓和.此结果为该复合板的设计和应用提供了准确的理论计算依据.     

聚乙烯醇－双快水泥自硬砂的抗爆热性和抗变形性

本文探讨了爆热温度、爆热时间、型砂放置时间对聚乙烯醇－双快水泥自硬砂抗爆热性和抗变形性的影响，以便进一步掌握这种自硬砂的性能和应用。     

Ti/Al2O3梯度功能材料的制备

选择Ti和Al2O3作为研究体系，利用有限元软件分析制备过程中产生的残余热应力后．得到最佳组成分布指数。按此结果进行组成与结构设计，利用真空热压烧结工艺制备出结构致密、形态完整的Ti／Al2O3梯度功能材料。     

Three-dimensional analysis of a thick FGM rectangular plate in thermal environment

The thermal behavior of a thick transversely isotropic FGM rectangular plate was investigated within the scope of three-dimensional elasticity. Noticing many FGMs may have temperature-dependent properties, the material constants were further considered as functions of temperature. A solution method based on state-space formulations with a laminate approximate model was proposed. For a thin plate, the method was clarified by comparison with the thin plate theory. The influences of material inhomogeneity and temperature-dependent characteristics were finally discussed through numerical examples.