文档介绍：摘要功能梯度材料,简称是一种特殊的非均匀材料。迪至私峁褂牍δ艿耐骋唬哂写巢愫细春喜牧衔蘅杀饶獾挠攀疲是世纪材料科学的发展方向。母拍钣胙沟缪Ш痛诺缪嘟岷希徊浇材料科学推向了一个新的高度。诟谋洳牧嫌虢峁股杓扑枷氲耐保哺蒲а芯看戳嘶龊吞粽健在当前的三维分析中,对奈镄圆问哪D獬2捎昧街帜P停用某一具体的函数来进行模拟缰甘蛎莺;撇愫夏P汀G罢咄荒描述功能梯度材料的多样性;后者总是近似意义上的,且对某些问题计算效率不本文专门研究横观各向同性岫猿平峁圆板和环板木擦ξ侍狻T诜析中将实心圆板的应力函数蛭灰展开成径向坐标的幂级数,其系数为厚度方向坐标的函数。通过巧妙的逐次积分,导出了解析形式的解,能精确满足基本方程和板的上下表面边界条件,而在板的柱面边界处则是在意义上得到满足。主要工作包括:芯苛薋弹性圆板受均布载荷作用或纯弯曲问题;隽搜沟缭舶逶诰荚睾伞⒋客淝约暗缡撇钭饔孟碌娜沟绲力学解析解;攵訤弹性环板,开展了三维分析,得到了在均布载荷作用下的三维弹性力学解析解。在上述工作中,对材料参数沿厚度方向的变化没有采取任何假设,同时弹性场/电场/磁场可以显式表出,一方面克服了已有三维分析的局限性,另一方面有助于材料参数的优化选择。关键词:功能梯度材料,三维轴对称变形,幂级数展开,力电耦合,电磁耦合,逐次积分横观各向同性功能梯度圆板和环板的轴对称问题高。频剂舜诺缭舶逶诰荚睾勺饔孟碌娜馕鼋猓
甌發,诵也琽浙江大学博士论文,甅./;,甌李翔宇.,../.,伊琣缸,’;.
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第滦髀室热耸状翁岢觥‘靡月愫娇展ひ档奶厥庑枨蟆O执某羲俜苫⒑引言在经历过石器、铜器、铁器和合成材料时代之后,人类文明踏步进入了以压电材料、形状记忆材料、生物材料和光纤为代表的智能材料时代【。这些智能材料的广泛应用深刻地影响着人们生活方式的同时,也自然推动着材料科学日新月异,并使弹性理论发展到一个新的阶段。例如,考虑弹性材料的压电效应,便发展出压电弹性力学;考虑材料的弹性场、电场和磁场的耦合效应,磁电弹性力学便应运而生。为了满足航天工业对材料的要求,世纪年代出现了功能梯度材料的概念,这种材料的弹性常数、密度等材料参数是空间坐标的连续函数。的概念还被推广到压电材料和磁电材料,并成为学术研究的热点。.δ芴荻炔牧螼自然界存在许多功能梯度材料,它们的材料性质在空间各点各不相同。例如,毛竹、动物的骨头、贝壳和木头的强度由内而外逐渐变化,在中间没有明显的界面,因此它们的力学性质在宏观上呈现出一种梯度变化的特征【俊虽然谧匀唤缭缇痛嬖冢魑R恢植牧系纳杓评砟钪钡才开始萌芽【,当时只是提出了材料性质呈梯度变化的建议。对纳杓啤制造和评价直到年才由日本科学家新野正之、平井敏雄毡竟⒂詈绞匝天飞机等飞行器,在穿越大气层时,速度超过马赫,机体表面温度高达内外表面的温差则超过弧R虼耍枰T诜尚衅鞅砻嫱可夏透呶碌奶沾材料或直接贴上隔热瓦。由于这些隔热瓦坎与主体结构的热膨胀系数、热传
.琌..馩●馩●●●●畉..А瘢导系数、弹性模量及强度、韧性等物理性能和力学性能的巨大差异,在高温环境下涂层和飞行器主体的变形并不协调。运行中产生的过高的界面应力导致界面处产生裂缝、剥离或脱落,并常有失效发生D壳埃拦暮教旆苫吭诵幸次就需要更换大量的隔热瓦,这造成了费用的增加。为了彻底有效地解决上述问题,研制出一种在强温差环境下能反复正常工作的材料,并降低热应力,功能梯度的概念便应运而生。功能梯度材料在本质上是一种多相材料且不同于传统的层合材料。设计幕舅枷胧窃诓牧系闹票腹讨小=沾珊徒鹗羯杓瞥刹恢苯恿樱是在它们之间形成一个在成分、组织及性能呈梯度变化的过渡区。弱化甚至完全消除各组分之间的界面,使材料的宏观特性在空间位置上呈梯度变化,从而满足结构元件对材料的使用性能的不同要求锏接呕峁沟氖褂眯阅艿哪的。下面举两个例子来说明功能梯度材料的设计理念。如前所述的高速飞行器中涂层和主体结构之间的界面热应力问题,可以应用陶瓷/金属构成的功能梯度材料来解决。图为典型的用作防热结构的陶瓷/金属氖疽馔肌T谖露冉细叩耐獠嗖捎媚腿刃阅苡帕嫉奶沾桑诘臀碌哪诓采用导热和机械强度好的金属材料。在陶瓷到金属的过渡区,通过控制材料成分,微观结构和空隙率,使外层陶瓷和内层金属的物理性能之间的差异得到补偿俊因此,耐热性从外到内逐渐降低,机械强度逐渐升高,热应力在材料的两侧都很小,而在过渡区内达到了峰值,从而大大地缓和了热应力【。宏观上界面的完全消失,自然就避免了金属和陶瓷之间的界面应力网。图陶瓷/金属疽馔●。●。●。●。●。浙江大学博士论文李翔宇●●●●●●●◆●●●●#瘢琌●琌●。●
立一\、毡夕除、、葛一巡缸、弋、心◇为.;因此界面处的应力不连续值超过。而采用母拍睿弋埽那么在界面处,层的热应力仃笤嘉鳤层的热应