Ti6Al4V—DLC系梯度材料的设计

为了提高钛合金（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）基体和类金刚石薄膜（ＤＬＣ）之间的附着强度,采用有限元分析法对ＴｉＡｌ４Ｖ－ＤＬＣ系生物梯度材料进行了热应力缓和设计,对不同参数对热应力分布的影响进行了分析,计算结果表明对Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ－ＤＬＣ系生物梯度材料,最优热应力缓和参数如下：体积分布系数 ｎ＝ １． ８;梯度层层数 Ｎ＝ １０．     

基于VC++6.0缓和热应力型FGM空心球体智能化设计

根据梯度功能材料的热应力模型,材料物性参数数据库,通过VC 6.0开发一个缓和热应力型的智能化设计系统,实现缓和热应力型FGM设计的智能化和系统化.     

ZrO2-ZiCrAl系功能梯度热障涂层界面残余热应力研究

研究用等离子喷涂方法制备Ｚｒｏ２－ＮｉＣｒＡｌ系功能梯度热障涂层的不同梯度过渡层之间,以及与基体之间界面的残余热应力和功能梯度热障涂层厚度、组分对残余热应力的影响．方法来用热弹性有限元方法．结果所设计的功能梯度热障涂层的界面残余热应力得到有效缓和．结论对于所要保护的基体,可用有限元数值分析结果选择适当的功能梯度材料体系．     

复合应力状态下裂纹形成的行为

以应力场强法为基础，研究非对称缺口构件的裂纹形成部位和寿命，提出了应力场强函数σＦＤ，σＦＤ。该函数既考虑了危险部位处的应力值，又考虑了其附近损伤区的应力和应力梯度对裂纹形的贡献。     

偏滤器部件W/Cu功能梯度材料的热应力缓和

W/Cu功能梯度材料是一种有希望用作聚变反应堆面向等离子体部件的侯选材料。为避免材料在使用过程中的热应力破坏,根据偏滤器部件服役的热流工况,在结合导热能力分析的情况下运用有限元软件对W/Cu梯度材料进行了优化设计。结果表明,成分分布指数的增大以及金属W厚度的增加均使表面工作温度提高;当成分分布指数为1.0～1.2时W/Cu梯度材料有最佳的热应力缓和效果。在30MW/m2的表面热流负荷下,与非梯度材料相比,经过优化设计的W/Cu功能梯度材料的等效热应力降低了62.3%,表面工作温度下降了50℃;而与单纯金属W相比,W/Cu梯度材料的表面工作温度较之降低445℃。     

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。     

任意梯度分布极正交各向异性空心圆球的热应力

为了对极正交各向异性空心圆球的热弹性问题进行研究,不同于以往的研究,假设材料热机械性能沿径向以任意函数变化,首先得到用径向应力表示的径向位移和环向应力,再代入平衡方程,得到关于径向应力的Fredholm积分方程,对其求解得到极正交各向异性功能梯度空心圆球的热应力数值解。通过和材料参数沿径向呈幂函数变化的解析解比较,验证了该方法的有效性和精度。算例重点分析了材料梯度参数及各向异性度对结构热应力场的影响。研究结果表明,在仅温度变化时,内外材料确定的空心圆球内最大热应力随梯度参数的变大而减小,随各向异性度的增大而增大。因此,可通过改变结构材料性能分布,使结构内部热应力均匀化,并降低结构整体热应力。     

功能梯度圆筒的热弹性分析

文章讨论了功能梯度圆筒受到轴对称温度荷载和机械荷载时的热弹性问题,其中假定功能梯度圆筒的材料属性(泊松比除外)沿径向呈有理分式函数分布。通过求解热传导方程和位移形式的Navier方程,得到了一维稳态条件下的径向位移和热应力的理论解,并与有限元解对比,验证了理论解的正确性。通过数值计算,得到了功能梯度圆筒热膨胀系数对径向位移和热应力影响的规律。     

自蔓延高温反应合成Ti／Al_2O_3梯度功能材料

采用无压ＳＨＳ和爆炸固结＋ＳＨＳ２种工艺分别制备了Ｔｉ／Ａｌ２Ｏ３梯度功能材料，得到的材料组织成分和性能均呈明显梯度变化，且爆炸固结＋ＳＨＳ工艺制得的ＦＧＭ性能明显优于无压ＳＨＳ法制得的ＦＧＭ     

基于温度及应力约束的功能梯度材料壳热分析*

为了推进功能梯度材料在导弹热防护结构设计中的应用,旨在研究温度和应力约束条件下功能梯度材料板的最佳设计变量。首先研究功能梯度材料物性参数随温度的变化规律,在此基础上探讨陶瓷体积分数指数、弹体厚度及热流密度对热传导温度的影响,分析温度约束下的最佳设计变量;同时,探讨确定热流密度下陶瓷体积分数指数、弹体厚度对功能梯度材料壳热应力的影响,分析热应力约束条件下的最佳设计变量。结果表明,体积分数指数大于5后,增大指数热防护效果不再明显,增大弹体厚度可以降低温度,但也会增加导弹整体质量,在同等量级的热流密度下,设计热防护层时不必使用同种厚度。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。     

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。     

梯度涂层板的热应力分析与优化

以金属/陶瓷梯度涂层板为例,用解析法获得了梯度涂层在稳定工作状态的温度场和热应力分布。结合小种群遗传算法,以梯度涂层各中间梯度层的组分和厚度作为优化设计变量。在保证梯度涂层隔热性能的基础上,选择合理的梯度组成分布,控制材料内部的热应力,对梯度涂层板进行优化,得到了相应的优化结果,为梯度材料热应力缓和优化设计提供指导。     

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.     

Experimental analysis for thermal stress in functionally gradient material

Studies of displacement fields and stress concentration, due to uniform temperature change in a functionally gradient material (FGM) specimen and bimaterial (NFGM) specimen, have been made by Moire interferometry and finite element method. Results show that the thermal stresses concentration has been effectively reduced, and the distribution of the thermal deformations and thermal strains have also been relaxed and improved by transition layer of FGM.