功能梯度材料裂纹尖端的动态应力场

功能梯度材料（FGMs）的优越性在于既能有效地抗腐蚀、抗辐射和抗高温,同时又能极大地缓解热应力和残余应力。笔者根据非局部理论对含反平面裂纹无限大功能梯度材料板在冲击载荷作用的问题进行研究。假设材料的剪切模量和密度为指数形式模型,泊松比为常数,利用拉普拉斯和傅立叶变换将混合边界值问题简化为对偶积分方程,并得到裂纹尖端应力场。     

功能梯度压电材料中裂纹尖端热应力分析

分析了功能梯度压电材料中裂纹尖端的热应力．针对考虑的问题,通过Fourier积分变换把混合边值问题的求解转化为裂纹面上位移间断为未知量的对偶积分方程,然后利用Sehmidt方法来求解,最后通过数值算例讨论了温度及材料系数对应力强度因子、电位移强度因子的影响．     

高能脉冲激光作用下材料表面温度场

以激光材料处理为背景,通过在高能脉冲激光照射下材料表面温度变化的实际研究,测量了在这种高能量、短脉冲、温度变化率极大的情况下材料表面的温升速率和温度变化规律,并且结合实验条件对２种不同的导热模型进行了数值模拟。实验结果显示当激光脉冲宽度较大时,实验结果和傅立叶导热模型的计算结果很吻合。随着激光脉冲宽度的减小,实验结果逐渐偏离傅立叶导热模型,而与双曲导热模型比较接近,同时出现了“二次升温”等非常规现     

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。     

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℃。     

秸秆纤维复合墙体的湿热耦合特性及热爆机理

通过非稳态热流法和PCK实验装置测定秸秆纤维复合墙体的基本热物理量,研究了温度对秸秆纤维复合墙体的热传导和湿迁移特性的影响,并得到了导热系数、湿迁移系数与温度的简化关系式.考虑秸秆纤维增强水泥非均匀的材料特性,建立了秸秆纤维复合墙体在火灾条件下的一维湿热耦合数值分析模型,实现了材料试件由裂纹萌生、扩展到贯通的全过程数值模拟.对比不同时刻材料试件的温度分布、压力分布和裂纹深度,研究了各试件的峰值强度、裂纹深度和爆裂特性.对不同含水率的秸秆纤维复合墙体进行受热后的现场测试,验证材料的热爆性能及数值分析结果,结果表明:两者基本一致,且湿迁移系数越大,压力峰值越大,材料越不易爆裂.     

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。     

制动盘材料构成设计过程热应力分析

应用复合材料的物理性能混合法则及离散化处理方式,运用有限元法研究了梯度SiCp/Zl104复合材料制动盘在紧急制动工况下的温度和热应力分布,并与铸铁件和均质20Vol.%SiCp/Zl104复合材料制动盘的计算结果进行比较分析.结果表明,同种工况下梯度SiCp/Zl104复合材料制动盘温度更低,热应力更小,温度和热应力在盘状件上的分布更有利于减少热疲劳和避免产生热裂纹,且梯度SiCp/Zl104复合材料制动盘具有减重和提高耐磨性能的优点,这为制备梯度SiCp/Al复合材料制动盘提供了理论上的支持.     

粘结压电材料的梯度压电压磁层合中的界面裂纹分析

分析了粘结压电材料的梯度压电压磁层合中的界面裂纹,在非渗透性边界条件情况下,假定材料物性参数呈指数变化,运用Fourier变换将问题转化为奇异积分方程.然后利用Guass-Chebyshev积分公式对奇异积分方程进行数值求解,得到了裂纹尖端的应力、电位移和磁通量强度因子.最后考察了裂纹长度和梯度参数等因素对强度因子的影响.