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.     

基于分层线性离散模型的FGM板断裂力学分析

为对功能梯度材料(FGM)板进行断裂力学分析,提出了施加温度场建立FGM板分层线性离散模型的方法.采用该方法、梯度有限元法和常规有限元法对FGM板的应力场和位移场进行对比分析,结果表明该方法简便可行.在所提方法的基础上,采用扩展有限元法求解含裂纹FGM板的位移场,再利用位移外推法计算裂纹尖端的应力强度因子,通过上述方法对不同材料梯度参数、裂纹尺寸、裂纹倾斜角的FGM板裂纹尖端应力强度因子进行数值模拟.计算结果表明,合理地选择FGM板的梯度参数并控制裂纹尺寸能有效降低裂纹尖端应力强度因子.所提出的方法可推广应用于材料梯度分布为任意连续变化的FGM板断裂力学分析.     

静水压力下功能梯度圆柱壳振动响应研究

基于功能梯度材料和均匀材料的物理性质和力学行为相似性,利用经典Flügge壳体理论,建立了静水压力下功能梯度材料(FGM)圆柱壳固有频率解与均匀材料圆柱壳解之间的解析转换关系,实现了FGM圆柱壳力学行为均匀化转换计算。考虑流体影响,采用波动法推导水下FGM圆柱壳耦合系统的振动方程,将数值算例与已有文献结果进行比较,证明了本文方法的正确性与准确性。讨论了FGM圆柱壳的材料组分、尺寸参数和不同边界条件对静水压力下固有频率的影响,并对计算效率进行了分析。本文研究与已有计算方法比较,在保证计算精度基础上,省略了偏微分及复杂边界条件计算,应用的便利性与计算效率有很大提高。     

SiC/C功能梯度材料的热-应力耦合分析

建立SiC/C功能梯度材料(FGMs)和SiC、石墨直接结合层状材料(无过渡层)的热应力耦合问题的计算数学模型;采用ANSYS10.0有限元分析程序对2类材料的应力场分布进行模拟,获得其在1 000℃热载荷下的应力场分布图,并比较二者应力分布状态,以实现SiC/C FGMs组分与结构的优化设计。研究结果表明:SiC/C FGMs比SiC和石墨直接结合层状材料具有显著的缓和热应力的优势,前者的最大应力比后者的小,过渡层数愈多,最大应力愈小,SiC/C-11的最大应力约为后者的1/2;2类材料的应力分布形态均呈轴对称的平行排列的带状,所受应力均在界面层达到极大值,在各层中部达到极小值;随过渡层数增多,应力梯度减小,且沿厚度方向自SiC层至石墨层,界面层应力带愈来愈窄直至消失,界面应力实现最小化,SiC/C FGMs的过渡层数N以≥9为宜。     

自蔓延预热粉体爆炸固结Mo/Cu FGM

采用新型水介质双向爆炸固结装置,结合自蔓延预热粉体技术制备了Mo/Cu功能梯度材料(FGM).观测了Mo/Cu FGM的显微结构,分析了爆炸固结机制.所制备样品的相对密度从Mo层的94.2%到Cu层的98.4%,呈现良好的梯度变化,样品整体相对密度达95.5%.Mo/Cu FGM电导率为国际退火铜标准(IACS)的27%.第3层、第4层的热导率分别为204.76和249.71 W·m-1·K-1.Mo/Cu FGM第1层与第2层的剪切强度为214.8Mpa.     

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。     

功能梯度涂层材料的研究进展

功能梯度材料(FGM)是一种新型的复合材料,文章综述了其特征和性能及其热——机械理论分析的研究进展,其中包括一维稳态温度场的精确解、动态热载作用下的复合材料层合板模型、热载作用下的裂纹问题。并综述了功能梯度材料目前常采用的一些制备方法及使用情况,其中包括火花等离子烧结技术、粉末冶金法及离子结构工艺等,从而预见其具有很好的发展前途。     

梯度功能材料的性能评价研究

梯度功能材料(FGM)是组成和性能呈连续变化的先进材料。FGM的性能评价是设计和制备优质FGM的重要内容。在此详细叙述了当前FGM的力学性能、热震性能、压缩性能和热处理性能的评价方法及实验手段,提出了FGM性能评价的发展方向。     

HA/FeCrAl纤维生物功能梯度材料的制备及其性能

采用热压技术制备HA/FeCrAl纤维功能梯度材料(FGM)，并借助SEM，EDAX和XRD等对HA/FeCrAl纤维FGM的性能和微观结构进行测试及观察。研究结果表明：HA/FeCrAl纤维FGM按FeCrAl纤维体积含量呈2.5％-5.0％-7.5％-10.0％-15.0％-20.0％梯度变化，梯度层之间模糊过渡。梯度层内纤维分布均匀,无明显的孔洞或裂纹等缺陷存在，两相界面融合良好。经稀盐酸预处理后，纤维表面产生的凹陷有利于纤维与基体紧密结合。HA/FeCrAl纤维FGM整体抗弯强度为78.89 MPa，体现出较明显的纤维拔出增强机制及层间裂纹偏转增韧机制。HA/FeCrAl纤维FGM的物相为HA和FeCrAl，无其他杂质相出现，无任何两相间及与热压模具间的反应发生。     

制备工艺对多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料准静态压缩性能的影响

利用WDW-E100D型万能试验机和S-4800场发射扫描电镜,研究了不同工艺制备的多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩性能和断口形貌特征. 结果表明:制备工艺决定多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩强度,当工艺参数非晶合金浇注温度为860℃,浇注后保温6min时最佳.多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩断裂为脆性断裂.断口形貌特征主要包括多孔SiC陶瓷产生解理台阶,Zr基非晶合金产生尖脊状、细脉状等不同形态的脉状花样.     

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．     

SiC/Ti(C,N)/Al2O3陶瓷复合材料的抗热震性能设计及其切削应用

抗热震性能是结构陶瓷材料的重要性能之一．以抗热震断裂参数表征材料的抗热震性能，采用理论与实验相结合的方法，建立了基于抗热震性能的陶瓷复合材料的组分设计模型，并采用计算机辅助优化设计技术求得材料的最优组分．结果表明：当Ti（C，N）和SiC的体积含量分别为10．4％和27．1％时，该材料具有最高的抗热震性能，比纯氧化铝陶瓷提高约55％．在此基础上，利用热压技术制得一种SiC／Ti（C，N）／Al2O3复合陶瓷材料．将该材料制成切削刀具，并在切削实验中通过设计切削条件使得刀具主要承受热载荷和热应力的作用，从而发生热）中击破损．实验发现，SiC／Ti（C，N）／Al2O3复合陶瓷刀具切削淬火钢时的抗热）中击破损性能较纯Al2O3陶瓷提高约62-68％，与抗热震性能设计的理论预测基本吻合．这表明，该设计方法是可行的．     

Microstructure and oxidation resistance of SiC–MoSi2 multi-phase coating for SiC coated C/C composites

In order to improve the anti-oxidation of C/C composites, a SiC–MoSi2multi-phase coating for SiC coated carbon/carbon composites(C/C)was prepared by low pressure chemical vapor deposition(LPCVD) using methyltrichlorosilane(MTS) as precursor, combined with slurry painting from MoSi2 powder. The phase composition and morphology were analyzed by scanning electron microscope(SEM) and X-ray diffraction(XRD) methods, and the deposition mechanism was discussed. The isothermal oxidation and thermal shock resistance were investigated in a furnace containing air environment at 1500 1C. The results show that the as-prepared SiC–MoSi2coating consists of MoSi2 particles as a dispersing phase and CVD–SiC as a continuous phase. The weight loss of the coated samples is 1.51% after oxidation at 1500 1C for 90 h, and 4.79% after 30 thermal cycles between 1500 1C and room temperature. The penetrable cracks and cavities in the coating served as the diffusion channel of oxygen, resulted in the oxidation of C/C composites, and led to the weight loss in oxidation.     

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℃．     

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     

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．     

Sialon/SiC复相材料的组织与性能

研究了利用粘土、SiC为主要原料,直接合成的Sialon/SiC复相耐火材料的相组成和显微组织,并研究了材料中Sialon含量对复相材料的密度、抗折强度、耐压强度和热震稳定性的影响·结果表明,复相材料的抗折强度和耐压强度均随Sialon相含量的增加而增加,最大抗折强度为876MPa,最大耐压强度为193MPa;材料的体积密度随材料中Al2O3残余相含量的增加而增加,材料的最大体积密度为265g/cm3;材料的热震稳定性随Sialon相含量的增加而下降;材料的显微组织为Sialon和Al2O3形成的连续基质相包裹着SiC颗粒的显微复合组织·     

聚变堆面向等离子体SiC/Cu梯度材料的制备与评价

用超高压梯度烧结法制备出了成分分布从0－100％的接近理论密度的SiC/Cu聚变堆面向等离子体功能梯度材料，化学溅射实验表明其CD4产额与二次纯化石墨相比降低了80％，热解吸收气率约为石墨的10％，在398MW/m2的激光热冲击下，材料表现出现疲劳裂纹和化学分解现象，原位等离子体辐照结果显示陶瓷材料表面出现一定程度的溅射损伤。     

放电等离子烧结制备碳化硅块材及其高温导热性能研究

通过放电等离子烧结制备了碳化硅块材,分析了烧结温度、保温时间等对碳化硅块材的密度、物相组成、微观形貌和硬度的影响,并对其高温导热性能进行了测试.结果表明,当烧结温度为1800℃,保温时间为5min时,通过放电等离子烧结能够获得致密度为98%的碳化硅块材.与传统热压烧结相比,放电等离子烧结制备的碳化硅块材的热导率略低,其主要原因是放电等离子烧结的保温时间较短与烧结样品的致密度略低,且晶界结合性较差所导致.     

放电等离子烧结制备Cu/Ti3SiC2-TiC复合材料

选用单质粉(Ti,Si,C,Al)为原料,采用机械合金化法制备含有Ti3SiC2和TiC的混合粉体,然后将Ti3SiC2,TiC和Cu的混合粉体进行放电等离子烧结,以制备Cu/Ti3SiC2-TiC复合材料,并对其组织耐磨性进行了研究。实验结果表明,放电等离子烧结可制备致密的Cu/Ti3SiC2-TiC复合材料,复合材料的显微硬度随强化相(Ti3SiC2-TiC)掺加量的增加显著提高,当强化相掺加量为20 vol%时,复合材料的硬度值达1.58 GPa。Cu/Ti3SiC2-TiC复合材料的耐磨性随强化相含量增加显著提高,当强化相掺入量为20 vol%时,复合材料的耐磨性为纯Cu的4倍。