法向均布载荷作用下梯度表面接触应力的分析

运用有限元法着重研究弹性半空间软基体－梯度硬覆层体（多层膜）,受法向椭圆分布载荷作用下,对各种覆层／基体弹模比及不同覆层数的覆层基体内及覆层－基体界面间的应力分布进行了分析。同时与普通的单覆层体及双覆层进行了比较,表明梯度表面层体具有更小的应力分布。并得到了梯度表面层本的一些重要结论。     

滑动接触下影响梯度多层膜塑性变形的因素

利用有限元法对梯度多层膜进行了计算研究，得到了在受粗糙面滑动接触作用下，梯度多层膜的各主要参数即膜层总厚度、膜层层数及膜层／基体弹性模量之比与应力分布的关系，分析了各参数对薄膜产生塑性变形的影响，介绍了在梯度多层膜的制备过程中如何合理地选取参数。     

多微凸体粗糙面接触的有限元分析

研究一微凸体按近似余弦规律分布的粗糙面与一理想的半空间平面接触问题。运用有限元法分别对粗糙面与均质体、单覆层体及梯度履层体平面的接触问题进行了计算，并得到有关重要结论。     

压电梯度材料薄板中切口端部场的有限元分析

研究了力电耦合载荷作用下，压电梯度材料双边切口薄板中切口前缘应力场的分布及其应力集中效应，重点讨论了外加电场、切口张开角、切口深度以及材料梯度分布特性的变化对切口前缘应力场的影响，计算结果表明：在不同的外加电场作用下，切口张开角度、切口深度和材料的梯度变化等对切口尖端应力集中因子、切口前缘的应力分布都有一定的影响，所得结果对压电梯度材料的抗疲劳断裂设计有参考价值。     

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.     

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。     

弯曲型梯度压电悬臂梁受外加电场作用时的解析解

研究了弯曲型梯度功能压电悬臂梁的弯曲特性．基于弹性力学理论,得到了弯曲型梯度功能压电悬臂梁在受电场作用时关于力和电场的解析解．研究表明,当受外加电压作用时,弯曲型梯度压电悬臂梁中存在非零的应力．     

激光熔覆沉积TC11钛合金基板应力预测和微观组织研究

对损伤的TC11钛合金零部件进行激光熔覆沉积修复,可在不影响零件使用性能的前提下,节约贵重钛合金资源,提高零件利用率。分析修复后熔覆层和基材组织性能和开裂倾向是激光熔覆沉积修复工艺的基础研究工作。采用高斯热源,建立了单道单层激光熔覆应力预测三维数值模型,研究了激光熔覆基板的应力分布规律。随后,进一步实验研究了TC11激光熔覆区的显微组织结构。结果表明,激光熔覆区可分为熔覆层、热影响区和热应力层3部分。基板热应力层的晶粒受到应力的作用变形显著。激光熔覆后基板应力仿真和实验结果分布趋势一致,且最大热应力深度随激光功率的增大而增大。     

梯度应力作用下模型试件声发射-红外特征及岩爆孕育演化研究

为研究不同梯度应力作用对岩体岩爆特性的影响及岩爆孕育的时空演化规律,借助YB-A型岩爆模拟试验装置对具有岩爆倾向性的模型试件进行梯度应力作用下的加卸载试验,利用高速摄像机、红外热像仪和声发射(AE)等监测手段,捕捉试件在加载作用下的AE变化特征及红外辐射特征,对模型试件加载过程中AE特征参数进行处理并对热像进行图像增强处理与能量演化分析,分析梯度应力作用下模型岩爆孕育过程的时空演化规律。研究结果表明：模型试件受均布加载、低梯度加载与高梯度应力下的岩爆孕育演化特征存在明显差异;模型试件在梯度应力作用下的岩爆孕育过程中呈现出的AE特征、红外辐射时空演化特征与岩爆孕育发生过程具有良好的同步性,且其AE特征与红外辐射特征随应力梯度作用的不同而存在明显的差异;随着模型加载应力梯度的增大,模型加载过程中能量累积段时间增加、耗散阶段时间变短、能量释放率变大,能量积累-耗散-释放各个阶段的差异是模型岩爆烈度随加载应力梯度增强的原因。     

激光工艺对45钢表面梯度熔覆层组织性能的影响

研究了激光熔覆功率、扫描速度和熔覆材料对熔覆层组织结构与耐磨性等的影响.结果表明:梯度熔覆层连续完整,无裂纹、气孔等缺陷,与45钢基体呈冶金结合状态.熔覆层显微组织特征为枝晶、等轴晶等多种形貌的快速凝固组织,由α-Fe,CrNiFe-C和Cr₇C₃等组成.熔覆层显微硬度呈梯度分布,表层硬度达7.48GPa,过渡层硬度达5.52GPa,分别是基体硬度的3.74和2.76倍.激光熔覆技术可显著提高45钢的耐磨性能.     

机械载荷作用下三维功能梯度板的断裂分析

为了深入理解功能梯度材料断裂失效问题,利用有限元方法获得了三维功能梯度材料裂纹尖端的应力强度因子,研究了功能梯度材料模量比对应力强度因子的影响,尤其是考察了不同材料属性分布形式下功能梯度材料裂纹尖端的应力强度因子.计算表明:当裂纹靠近自由表面时裂纹尖端应力强度因子表现出复杂特性;材料模量比和材料属性分布形式对应力强度因子的影响显著.     

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     

纤维梯度分布混凝土的抗弯性能

根据普通混凝土的有限元分析理论,建立了混凝土梁的有限元分析模型,根据计算结果,提出了钢纤维均匀分布、按应力状态分布和梯度分布等三种钢纤维分布形式,并探讨了各种形式对混凝土梁平截面假定和抗弯强度的改善效果.结果表明,采用钢纤维梯度分布形式的增强增韧效果更为显著.     

基于机器学习的梯度点阵材料优化设计

点阵材料具有轻质、抗冲击、高能量吸收等特性，因而在航天飞行器承载部件设计等领域有广阔应用前景. 通过对点阵材料内部杆径进行合理的梯度设计，可以提高点阵材料在高速冲击载荷作用下的动态力学性能. 利用仿真模拟数据，基于随机森林模型实现了梯度点阵材料的动态力学响应预测和结构参数优化. 以面心立方（face center cubic，FCC）结构梯度点阵材料为研究对象，通过对杆径参数的调整实现点阵材料密度的梯度化设计. 通过LS-DYNA软件计算了密度分布不同的梯度点阵材料受到冲击载荷作用时的动态力学响应，包括冲击端面与支撑端面接触应力随时间的变化曲线. 基于随机森林模型，以各层胞元的相对密度为输入，实现对点阵材料端面峰值应力的预测，并基于Gini指数分析出对不同端面处峰值应力影响最大的胞元层. 将网格搜索算法与训练好的随机森林对接，分别以两个端面上的峰值应力最高作为优化目标，获得点阵材料各层胞元相对密度的最优值. 模型对梯度点阵材料端面峰值应力的预测误差在5%以内. 数值模拟验证结果表明，优化后所得梯度点阵材料相应端面上的峰值应力高于仿真数据集内任何结构.      

功能梯度材料梁的非线性研究

研究了热/机械载荷作用下几何非线性对功能梯度材料梁的位移及应力的影响。首先根据一阶剪切变形梁理论推导了机械载荷条件下功能梯度材料梁位移和应力的平衡方程,热载荷条件通过求解一维热传导方程即可获得;然后采用解析法和摄动技术两种方法对平衡方程求解,并利用非线性应变-位移关系分析非线性对位移和应力的影响;最后引入算例采用不同方法计算功能梯度材料梁的位移及应力并对比分析。数值计算结果表明,几何非线性对梁的位移和应力的影响是显著的,材料常数和边界条件对梁的非线性弯曲也有一定的影响。这种求解非线性平衡方程解析解的新方法对高阶剪切变形和层理论有一定的指导意义。     

碾压混凝土拱坝坝体应力的简化计算

碾压混凝土坝受施工条件影响常在混凝土碾压层间出现结合面夹层（缺陷），影响坝体变形及内应力分布。混凝土夹层强度较低，形成结构破坏控制面。为了了解层状体的内应力分布，用位移等效原则把层状体结构转换为横观各向同性体进行位移和应力计算，根据结算的宏观位移场再进一步进行局部夹层应力计算，由此得到精度高，方法简单，工作量大大减少的碾压混凝土（成层）结构的应力简化的计算方法。研究还发现碾压混凝土结构（成层材料）存在边界局部应力集中效应，需另行采取结构改进措施。     

功能梯度材料在道岔中应用的可能性

分析了道岔材料的破损及应力分布情况 ,在此基础上提出了道岔功能梯度结构模型 .依据道岔功能梯度结构模型 ,通过对合金钢进行温热加压处理 ,制造了符合结构模型的功能梯度材料 .性能梯度变化的特征使得功能梯度材料能够有效地解决道岔中强度与冲击韧性之间的矛盾 .     

功能梯度材料中裂纹问题的边界元分析

采用基于边界元方法的广义Kelvin解对功能梯度材料中的裂纹问题进行了研究，主要在对裂纹的评价中采用了多域法和八节点面力奇异边界单元，并采用层离散化方法用来近似功能梯度材料，计算出了不同条件下功能梯度材料中币形裂纹的应力强度因子。     

ZrO2光学薄膜的激光热冲击效应

计算了薄膜在高功率脉冲激光作用下截面温度场和应力分布场,分析了热冲击在光学薄膜激光损伤中的作用,并用调Q1.06um脉冲激光对ZrO2单层薄膜损伤,讨论了不同激光强度下薄膜截面温度场与应力场分布,揭示了热冲击在ZrO2单层膜损伤中的机理和过程。     

功能梯度材料MFRP锚杆的有限元分析

本文基于FRP包附筋思想,对一种新型的复合功能梯度MFRP锚杆在锚固条件下的受力情况进行了有限元分析。结果表明,功能梯度材料层的引入能够有效降低MFRP锚杆头附近不同截面的正应力,同时改善剪应力的分布,从而使锚杆获得更优的工作状态。