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。     

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。     

梯度功能材料的热应力分析及热性能评价

梯度功能材料的热应力性能随其组成和结构的变化而缓慢变化,因而具有很高的应用价值.本文中首先建立有效的梯度功能材料的分析模型,如成分分布模型和物性参数模型,并计算梯度功能材料在稳态热传导下的热应力.然后讨论了梯度功能材料的热性能评价,并对梯度功能材料热应力研究的发展趋势作一展望.     

二维各向异性功能梯度材料热传导的边界元分析

为分析各向异性功能梯度材料的热传导问题,热传导系数采用指数模型,利用二维傅里叶积分变换和脉冲函数,得到了各向异性功能梯度材料的热传导问题基本解;利用基本解和边界条件,推导出了热传导问题的边界积分方程;将边界积分方程离散得到了边界元公式,进一步给出了内点和边界点上的温度和热流计算公式。最后利用常边界单元方法给出了正方形模型算例,说明了各向异性功能梯度材料具有缓解热应力和耐高温的特点。文中所得基本解可以为采用边界元法研究高温下各向异性功能梯度材料的力学性能提供理论上的支持。     

MOCVD法制备Fe/Mo功能梯度材料

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法,以Mo(CO)6,Fe(CO)5为物源,在Al2O3陶瓷基片上制备了 Fe/Mo功能梯度材料,并用XPS,XRD,SEM和台阶仪等技术对其成分分布、物相组成、表面形貌和厚度进行测试 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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

热障涂层活塞热应力高阶控制体有限元法研究

为研究热障涂层（thermal barrier coating, TBC）活塞热应力问题,本文发展了一种针对复合材料热力问题的三维高阶控制体有限元法(CV-FEM). 我们基于10点高阶四面体单元,对控制方程数值离散过程做了详细推导; 利用交错网格技术,将待解变量及材料物性参数分别存储在单元节点以及单元中心; 采用高阶CV-FEM对圆环热应力问题进行了数值验证,计算结果与ANSYS吻合良好; 数值模拟了层和型及功能梯度型（functional graded material, FGM）活塞热应力问题. 结果表明：活塞的最大温度位于燃烧室与活塞顶面的交界区域;最大应力位于粘结层附近,改变层和型TBC活塞材料组分、材料分布或改变FGM TBC活塞的材料梯度系数,均不能有效降低最大应力幅值;通过在粘结层内引入材料属性由金属基体材料到粘结剂材料过渡的FGM,可以有效降低层合型及功能型TBC活塞涂层内应力幅值,使应力幅值下降20%～30%,改善了应力集中问题.     

一种多功能磁性材料的穆斯堡尔谱线研究

以穆斯堡尔效应为理论依据，对镍锌铁氧体和钢铁酸铅介电体的混合烧结体──一种多功能的磁性材料的穆斯堡尔谱线进行了测量和分析．结果表明，这种材料中存在着微晶粒之间的超精细相互作用．     

浅谈新型墙体材料——煤矸石空心砖

煤矸石空心砖是一种新型环保墙体材料，符合国家及山西省出台的限制生产和使用实心黏土砖，鼓励发展新型建筑材料的政策。利用煤矸石制造的空心砖可以作为保温材料，既可节约建筑能耗，又可节约土地资源，减少环境污染。煤矸石空心砖同黏土实心砖相比，具有高强、轻质、隔音、隔热、保温、防震等优点，市场前景良好。     

新型复合电接触材料的开发研究

报导了一种新型电 研究开发成果。在目前普遍使用的银碳化钨－石墨体接触材料的基础上，添加适量的碳化钛，并采用化学包覆技术在添加物粉体的表面全量镀银制成Ａｇ８０（ＷＣ７０ＴｉＣ３０）１７Ｃ３（重量百分比）复合粉末，经粉末冶金工艺制成新型复合电接触材料。测试表明，该材料具有较好的综合性能，并较原有的银基复合电接触材料节银达５％。该材料已制成元件装配在开关上，并通过了开关试验，表明该材料已具有实用价值。     

某车型白车身材料选择优化

文章通过对车身材料选择趋势研究,车身钣金材料用途分析,以及对车身碰撞路径、板材工艺性及物流管理等各方面的考虑,确定某车型车身材料优化方向;经过优化,某型车身材料较优化前,在材料种类、高强度板比例、材料采购成本及模具成本方面都有明显的减少或改善,并且经过CAE验证分析,正碰和侧碰都能满足结构要求.     

基于激光无损扫描的纤维增强复合材料参数测试仪研发

研发了基于激光无损扫描的纤维增强复合材料参数测试仪.首先,以纤维增强复合梁试件为例,实现了其固有频率和振动响应的理论求解.然后,选取合适的步长来构造材料参数的迭代向量,并详细介绍了纤维增强复合材料参数的辨识原理.进一步,基于复合梁试件的激振平台、激光扫描装置、信号发生及数据采集器等功能部件,完成了测试仪硬件结构的搭建,并对基于LabVIEW编写的软件及其各个模块的功能和测控优势进行了说明.最后,利用该仪器辨识获得了三个TC500碳纤维/树脂基复合梁试件在不同纤维方向对应的材料参数,并与厂家所给的相关结果进行了对比,偏差在0.63%~10.61%之间,证明了所开发的材料参数测试仪的可靠性及其算法的有效性.     

芘桥基梯形聚硅氧烷发光材料的合成

通过“超分子构筑调控/逐步偶联聚合法”,首先以强荧光性的1,6-二氨基芘为模板剂将苯基三氯硅烷偶联成梯形模板单元（P-Ph-LS）,模板单元再在氢键作用下经水解、缩合得到芘桥基聚苯基硅氧烷（Py-Ph-LP）。产物结构通过红外（FT-IR）、硅谱（²⁹Si-NMR）和X射线衍射（XRD）进行了表征,结果表明该聚合物具有梯形结构;对聚合物与二氨基芘的荧光性能进行了比较,结果表明聚合物的荧光发射波长发生蓝移。     

灾害物资储备模型探讨

首次提出灾害物资储备模型并进行了实例分析，对类似问题研究有参考价值。     

铁电埃里克森制冷机的优化性能

根据铁电晶体的热力学性能,应用有限时间热力学理论,探讨热阻及非理想回热对一类铁电埃里克森制冷机的影响,所得结论可为回热式铁电制冷机的研制和设计提供些新理论指导。     

智能材料及其应用

智能材料是一种能感知外界环境变化并自动改变自身特性以适应该变化的新型复合材料，具有广阔的应用前景。它由感知器、驱动器和信息处理器构成。其设计基础是材料复合的非线性效应，设计原理是相变过程中不同物理量之间的能量转换机制。目前已开发出了形状记忆、压电、电流变体及光纤等类型的智能材料。本文论述了智能材料的基本构成、设计原理、合成方法及其应用，探讨了该材料今后的发展方向。     

组合幂强化弹塑性-超弹性球体中的空穴生成

研究了组合幂强化弹塑性-超弹性球体在简单加载作用下空穴的生成问题．这里存在一个临界载荷，当外加载荷小于这个临界值时，不管载荷为何值，问题总有一个响应于均匀变形的平凡解；当载荷超过其临界值时，除了平凡解之外，球体内部还有一个空穴突然生成，因此问题有一个分叉解．得到了空穴半径与外加载荷之间的精确关系；数值结果表明，幂强化弹塑性材料参数对空穴生成有明显的影响．