文档介绍：工学硕士学位论文
功能梯度材料弹塑性损伤耦合分析
COUPLED ELASTO-PLASTIC AND
DAMAGE ANALYSIS OF FUNCTIONALLY
GRADED MATERIAL
陶宪斌
哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号:621 密级:公开
工学硕士学位论文
功能梯度材料弹塑性损伤耦合分析
硕士研究生:陶宪斌
导师:程靳教授
申请学位:工学硕士
学科、专业:固体力学
所在单位:航天学院航天工程与力学系
答辩日期:2011 年 6 月 24 日
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
.:621
Dissertation for the Master Degree in Engineering
COUPLED ELASTO-PLASTIC AND
DAMAGE ANALYSIS OF FUNCTIONALLY
GRADED MATERIAL
Candidate: Tao Xianbin
Supervisor: Prof. Cheng Jin
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Solid Mechanics
Affiliation: Department of Aerospace
Engineering and Mechanics,
School of Astronautics
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着科学技术的进步,由金属和陶瓷组成的功能梯度材料越来越受到人们
的重视。功能梯度材料将金属的强度高,韧性好与陶瓷的耐高温、抗腐蚀的优
点完美的结合到了一起,很大程度上满足了人们对材料的要求,因此对功能梯
度材料的研究也越来越多。而在力学方面的多数的研究采用的是层叠结构,研
究的基本内容也多数是断裂方面。而材料在断裂失效之前,材料内部的塑性损
伤往往起着不可忽视的作用。因此本文采用了更加接近材料失效实际过程的损
伤力学的方法对材料属性连续变化功能梯度材料进行了分析。
有限元软件 ABAQUS 功能强大,特别适合处理非线性问题,而且它提供了
若干个用户子程序接口,允许以代码的形式对 ABAQUS 主程序进行扩充。对
于功能梯度材料 ABAQUS 并没有提供现成的材料属性,也没有提供适合本文
的损伤本构模型。所以本文利用用户材料子程序 UMAT 接口对 ABAQUS 有限
元软件进行二次开发。
本文首先利用 ABAQUS 主程序对金属材料进行了弹塑性分析,并与 UMAT
程序对金属弹塑性分析的结果进行了比较,分析了 UMAT 子程序的可行性和可
靠性。而后采用了更加实用的线性强化的塑性分析方法对一定梯度指数下的功
能梯度材料进行了应力分析,并与层叠结构的分析结果进行了对比。对于功能
梯度材料的弹塑性分析的整个过程均采用了,先单元后整体的分析过程,确保
了分析的准确性。最后对功能梯度材料进行了弹塑性损伤耦合分析,对不同梯
度指数下的损伤程度进行了模拟。本文所完成的工作扩大了 ABAQUS 在有限
元分析中的应用范围,并为功能梯度材料的设计提供了参考。
关键词:功能梯度材料;弹塑性分析;损伤;UMAT 子程序;ABAQUS 软件
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
With the progress of science and technology, the Functionally Graded
Materials(FGM) made of metal and ceramic are paid more attention to. The FGM
have the advantages of both the high strength and toughness of metals an