梯度功能材料的性能评价研究

梯度功能材料(FGM)是组成和性能呈连续变化的先进材料。FGM的性能评价是设计和制备优质FGM的重要内容。在此详细叙述了当前FGM的力学性能、热震性能、压缩性能和热处理性能的评价方法及实验手段,提出了FGM性能评价的发展方向。     

功能梯度材料的基体与颗粒界面热应力研究

研究金属－陶瓷功能梯主材料的基体与颗粒的界面热应力。方法给出功能制备的有限元计算优化设计方案,针对所制备的梯度材料的结构特点,采用双层嵌套模型研究基体与颗粒的界面热应力与两相材料体积分数的变化关系。     

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.     

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.     

梯度涂层材料残余热应力分析

在陶瓷涂层中引入恰当的过渡层使之成为梯度涂层概可提高陶瓷涂层与金属界面的结合强度，也能有效地缓解界面附近的残余热应力。     

不同力学边界下变物性梯度功能材料板稳态热应力

用非线性有限元法和辛普生法分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板在不同力学边界条件下的稳态热应力问题.结果表明:当无限长板只能伸长、不能弯曲时,板内稳态拉应力最大,比无限自由长板时板内最大拉应力增大 6.1倍;当无限长板伸长、弯曲受限时,板内的压应力最大,比无限自由长板时板内最大压应力增大14.9倍;考虑变物性的最大拉应力比常物性减小48.9%,最大压应力比常物性减小39.6%;此外,材料组分形状系数M、对流换热系数和孔隙度的变化对不同力学边界条件下该变物性材料板稳态热应力场的影响显著.此结果为该材料的设计和应用提供了准确的理论计算依据.图4,表1,参8.     

温度梯度下功能梯度材料圆柱壳的热屈曲

本文采用能量法研究了不同温度梯度下功能梯度材料圆柱壳的热屈曲行为。屈曲临界条件由里兹法得到。在临界条件中,由于材料属性和温度的耦合效应,临界温升通过迭代算法求得。文中讨论了两种温度梯度形式以及物性温度相关性对临界温升的影响。数值结果表明：功能梯度材料的组分参数只在一定小范围内对临界温升有显著影响;相比之下,结构尺寸参数的影响更大;在功能梯度材料圆柱壳热屈曲分析中考虑物性温度相关性是十分必要的,否则将大大地高估临界温升;若采用抛物型温度场来代替实际的热传导温度场,临界温升在陶瓷含量较多且壳厚较小的情况下,将可能被低估,而在金属含量较多且壳厚较大的情况下,却可能被高估。     

基于不同梯度模式压电功能梯度板的挠度与应力场分析

用解析方法模拟压电功能梯度材料物性参数沿空间分布的非线性特性.基于物性参数沿空间为多项式函数、非整数幂函数及e指数函数分布3种不同梯度模型,采用修正的层合板理论,对压电功能梯度材料平板的挠度及应力场进行了分析,并对数值结果进行对比研究.     

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℃。     

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。     

对功能梯度材料的弹性断裂力学分析

功能梯度材料是一种新型材料。功能梯度材料的断裂力学分析属于非均匀材料断裂力学范畴。结合最新研究成果,从裂纹尖端应力场和裂纹扩展两个方面,阐述了功能梯度材料弹性断裂分析的研究方法和主要结论。     

梯度功能材料的传热与烧蚀计算

以热化学烧蚀二方程模型为基础,用烧蚀与传热耦合计算的方法,研究了梯度功能材料的烧蚀及热防护机理。以新研制的C／C／Al2O3碳陶梯度功能材料为研究对象,对此类材料的烧蚀率计算公式进行了推导。并将计算结果与试验结果进行比较,两者符合良好,进而分析了材料组分的梯度分布对于烧蚀边界条件下试件内部温度场分布的影响。     

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。     

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。     

梯度功能材料在烧蚀条件下温度场的数值模拟

建立了功能梯度材料在烧蚀条件下传热的物理模型和数学模型,利用弹性网格的方法对移动边界的温度场进行了分析。最后对碳／陶瓷梯度功能材料进行了计算。     

功能梯度热障涂层热震裂纹的形成和扩展

探索热障涂层在热震中裂纹的形成规律 ,揭示涂层热震危险截面位置 .采用在铝基体上以等离子喷涂法制备 Al/Ni- Zr O2 功能梯度涂层 ,在所研制的热性能测试仪上 ,用单面加热急冷法 ,观察不同热循环次数下的裂纹形成情况 .结果是热震 15次时首先在纯 Zr O2 与 Zr O2 和 Al/Ni质量比为 8∶ 2的界面上方产生水平裂纹 ,5 0次时出现龟裂纹 .热震裂纹出现的最危险截面在上述界面上方大约 80 μm处 ,此处热应力最大 .     

功率梯度热障涂层热震裂纹的形成的扩展

探索热弹涂层在热震中裂纹的形成规律，揭示涂层热震危险截面位置，采用在铝基体上以等离子喷涂法制备Al/Ni-ZrO2功能梯度涂层，在所研制的热性能测试仪上，用单面加热急冷法，观察不同热循环次数下的裂纹形成情况，结果是热震15次时首先在纯ZrO2与ZrO2与Al/Ni质量比为8：2的界面上方产生水平裂纹，50次时出现龟裂纹，热震裂纹出现的最危险截面在上述界面上方大约80μm处，此处热应力最大。     

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．