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.     

功能梯度材料及其在内燃机燃烧室中的应用

功能梯度材料是一种新型的复合材料,综述了其特征和性能及其热-机械理论分析的研究进展,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,包括火花等离子烧结技术、粉末冶金法、离子结构工艺等.还综述了功能梯度材料常用的一些研究方法,如衍射法、优化方法、变形模型、设计的模拟模型以及功能梯度材料在内燃机零部件中应用研究的情况及研究的方法.最后提出了将功能梯度材料应用于内燃机燃烧室的设想.     

考虑位移约束的功能梯度结构ICM拓扑优化方法

基于独立连续映射方法(Independent Continuous and Mapping,ICM),实现功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)结构的拓扑优化设计.通过引入过滤函数,构建FGM-ICM材料模型.结合梯度位移函数,建立以结构质量最小化为目标、以位移为约束条件的功能梯度材料结构拓扑优化近似显式模型.采用线性衰减的过滤方法避免棋盘格现象和网格依赖性问题.另外,为得到边界清晰的拓扑构型,设计拓扑变量阈值动态调整策略(Dynamic Adjustment Strategy for Variable Threshold,DASVT),消除了拓扑变量阈值取值的盲目性.通过数值算例验证了该方法的可行性和有效性,最终实现了功能梯度材料结构ICM拓扑优化设计.     

论日本江户时期“怀德书院”的教育

基于独立连续映射方法（Independent Continuous and Mapping,ICM）,实现功能梯度材料（Functionally Graded Material,FGM）结构的拓扑优化设计.通过引入过滤函数,构建FGM-ICM材料模型.结合梯度位移函数,建立以结构质量最小化为目标、以位移为约束条件的功能梯度材料结构拓扑优化近似显式模型.采用线性衰减的过滤方法避免棋盘格现象和网格依赖性问题.另外,为得到边界清晰的拓扑构型,设计拓扑变量阈值动态调整策略（Dynamic Adjustment Strategy for Variable Threshold,DASVT）,消除了拓扑变量阈值取值的盲目性.通过数值算例验证了该方法的可行性和有效性,最终实现了功能梯度材料结构ICM拓扑优化设计.     

压电功能梯度材料细观结构参数对材料性能的影响

基于压电功能梯度材料物性参数沿厚度为幂函数变化的梯度模型, 引入反映设计与实现间误差的修正因子, 分析中采用含压电耦合项的修正层合理论, 将压电功能梯度板分为厚度足够小的若干薄层, 从而可近似地认为每层的材料特性为均匀的. 仅考虑电场作用, 对四边简支的压电功能梯度矩形板的位移和应力场做了解析分析. 在此基础上分析了材料组分分布、 每一层的厚度和层数等材料细观结构参数对材料性能的影响. 结果表明, 在一定区域, 细观结构参数对材料性能有重要影响. 当超出某一范围后, 细观结构参数的变化对材料性能影响甚微.     

基于分层法功能梯度压电材料单裂纹的受力分析

功能梯度压电材料是材料属性连续变化,各向异性的力电耦合材料。基于功能梯度压电材料的本构关系、几何关系和边界条件,利用软件ABAQUS建立了通用有限元模型。采用分层法进行材料的梯度仿真模拟,求解出含单裂纹的功能梯度压电材料板的断裂力学问题,表明功能梯度压电材料能够缓解材料的应力集中。详细讨论了当功能梯度参数增大时,裂纹周围应力变大;椭圆形裂纹应力集中程度要大于圆形裂纹;裂纹几何尺寸越小,裂纹周围应力越大,结构更加容易破坏。在今后功能梯度材料结构设计中,功能梯度参数不应太大,同时结构中应当避免出现尖锐的拐点或者微裂纹的出现,这对功能梯度压电材料结构设计及其实际应用起到了借鉴作用。     

功能梯度材料板断裂分析

为深入理解功能梯度材料的断裂行为,研究了机械载荷下任意机械属性功能梯度材料板裂纹尖端特性,根据叠加方法,把应力场转化为裂纹表面载荷,采用基于非均匀单元的有限元方法计算并分析了机械载荷下功能梯度板裂纹尖端特性,针对含有中心裂纹功能梯度材料板,考察了应力强度因子的变化规律.研究结果表明,功能梯度材料结构的几何参数及材料属性对裂纹尖端无量纲应力强度因子的变化规律具有显著影响.     

两均质材料中间功能梯度界面层的断裂分析

研究介于两个不同均质材料之间的功能梯度界面层的平面裂纹问题. 假设功能梯度材料剪切模量的倒数为坐标的线性函数, 而Poisson比为常数. 采用Fourier变换和传递矩阵法将该混合边值问题化为奇异积分方程组, 通过数值求解获得了应力强度因子. 考察了结构几何尺寸和材料梯度参数对裂纹应力强度因子的影响, 发现材料梯度参数、功能梯度界面层尺寸、裂纹长度以及位置均对应力强度因子有显著影响.     

功能梯度深埋地铁隧道衬砌结构变形特性

深部高应力环境将对地铁衬砌结构的变形和防水提出更高的要求.在已有的地铁衬砌结构设计理论基础上,将功能梯度材料引入到深埋地铁衬砌结构设计中,建立了功能梯度衬砌结构内力和变形的求解模型.设置衬砌结构的弹性模量沿角度方向以幂函数形式变化,并且在模型基础上对函数参数进行分析.结果表明:功能梯度衬砌在弹性模量参数ab的条件下变形较小.表现在结构设计上为:在衬砌顶部和底部配置高弹性模量混凝土,在中部配置弹性模量相对较低的混凝土有利于减小结构变形;此外,随着指数n的增大,结构变形减小.表现在结构设计上为:结构的整体刚度提高有利于减小结构变形.通过计算,当n=1时,衬砌结构满足变形要求,因此可以在设计中使n=1以节省衬砌成本.最后,以上海土层参数为基础确定结构外部荷载,采用荷载结构法对埋深65 m条件下的功能梯度衬砌进行了内力和变形求解,并且与弹性模量为功能梯度结构弹性模量最大值的均质衬砌进行对比.对比发现弹性模量参数a=1, b=0.9, n=1的功能梯度结构最大变形比均质结构小10%左右,并且两者弯矩分布没有因此产生较大变化,差异最大处在4.8%以内.因此功能梯度衬砌具有安全性和经济性的双重优点.研究工作为进一步研究功能梯度地铁衬砌的力学特性提供了一定的参考价值.     

功能梯度材料广义热弹性响应

基于Lord-Shulman热弹性理论,选取温度和位移及其一阶导数作为状态变量,结合Laplace积分变换,采用状态空间法建立功能梯度材料的一维广义热弹性响应的层合模型.作为应用,考虑组分材料体积份数按幂率变化的功能梯度无限大平板,数值分析在冲击性热机载荷作用下的温度、应力以及位移响应.结果表明,在冲击性热机载荷作用下,热流延迟项以及组分材料的体积含量变化对功能梯度结构的热弹性响应有着显著的影响.     

浅析梯度功能材料几种物性值的推定

根据常规瘃均质复合材料的物性值，推断出倾斜组份分布的各种物性值，从而为梯度功能材料的设计和开发提供有效的指导依据。     

功能梯度材料的研究进展

功能梯度材料是一种由不同性能的材料在组成和结构上沿厚度方向呈连续变化的新型复合材料，着重阐述了此种材料在设计，制备和性能评价等方面的研究进展以及功能梯度材料在国内外的研究成果，应用和发展前景。     

梯度功能材料的研究进展

介绍了梯度功能材料的概念和开发背景,着重论述了梯度功能材料设计、制备与性能评价方面的研究现状与应用前景.     

神经网络在梯度功能材料制备中的应用

针对梯度功能材料（ＦＧＭ）制备过程的复杂性，提出了利用神经网络信息处理机制进行制备材料的特性预估，实例分析表明，这一方法是有效的，同时，针对ＢＰ学习算法速度较慢，易陷入局部极小的缺点，改函数型连接网络来提高学习速度，试验表明学习速度提高显著。     

MOCVD法制备金属-陶瓷功能梯度材料的研究

利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法，以Mo（CO）6，Si（OC2H5）4为物源，在Al2O3陶瓷基片上制备了金属一陶瓷功能梯度材料，并用XPS，XRD，SEM等技术对其成分分布，物相组成和表面形貌进行测试和表征，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。     

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。     

微纳结构硅在锂离子电池中的研究现状

近年来,随着人们对能量需求的日益增大,已商业化应用的石墨电极已经很难满足高性能电子产品对高能量密度的需求,因此发展高能量密度的锂离子电池显得尤为重要。在已研究的先进材料中,硅已被证明存在巨大的储能潜力,其理论比容量（约4 200 mA·h·g^-1）远高于已商业化应用的石墨类电极材料。对锂离子电池中硅电极材料的微纳结构、制备方法、电化学性能及相关机理进行了总结,目的是研究不同结构的硅电极材料对电池性能的影响,以找到性能较为优异的硅电极结构。结果表明,在已被研究的硅基复合材料中,核壳结构和多壁纳米管结构硅电极材料在电化学性能方面均体现出了明显的优势。最后简要分析了硅基电极材料发展中存在的问题,并对其研究前景进行了展望。     

飞秒激光在对氨基偶氮苯薄膜表面上制备微偏振元件

用400 nm和800 nm线偏振飞秒激光垂直聚焦于对氨基偶氮苯薄膜表面上,以形成纳米微结构.实验观察到400 nm和800 nm线偏光照射样品表面分别得到周期为210 nm和500 nm的干涉条纹,条纹周期均随激光能流密度的增强而增大.通常认为这种周期结构是由入射激光与材料表面的散射光相干涉所形成的：光的干涉引起材料表面温度呈现梯度变化,从而引起表面张力呈现梯度变化,诱导周期条纹的产生.制备偶氮聚合物的厚膜,用400 nm飞秒激光照射样品表面,同样也得到周期性纳米微结构.     

Effect of nitrogen introduction methods on the microstructure and properties of gradient cemented carbides

Gradient cemented carbides with the surface depleted in cubic phases were prepared following normal powder metallurgical procedures. Gradient zone formation and the influence of nitrogen introduction methods on the microstructure and performance of the alloys were investigated. The results show that the simple one-step vacuum sintering technique is doable for producing gradient cemented carbides. Gradient structure formation is attributed to the gradient in nitrogen activity during sintering, but is independent from nitrogen introduced methods. A uniform carbon distribution is found throughout the materials. Moreover, the transverse rupture strength of the cemented carbides can be increased by a gradient layer. Different nitrogen carriers give the alloys distinguishing microstructure and mechanical properties, and a gradient alloy with ultrafine-TiC_0.5N_0.5 is found optimal.     

Animal communication: complex call production in the túngara frog

Animals' sound-producing organs often act as an integrated whole--particular vocal structure are not directly associated with the creation of discrete syllables. But here we show that the 'chuck' of the 'whine-chuck' mating call of the túngara frog, Physalaemus pustulosus, is caused by a fibrous mass attached to the vocal folds; the chuck is eliminated by removal of this structure, although the frog still tries to produce the sound. Sexual selection affects the acoustic complexity of the frog's call, so evolution may have shaped this unusual vocalization, which is akin to the two-voiced song of songbirds.