组分对常物性2D-FGM板平面瞬态冷却热应力的影响

发布时间：2019-07-23 10:50

【摘要】：本文选取常物性Al 1100/Ti-6Al-4V/ZrO2FGM板作为研究对象,依据Kerner细观力学法则定义其物参模型,并基于连续介质力学理论,导出了常物性2D-FGM平面热弹性力学问题的基本控制方程,建立了其平面热传导问题及热应力问题的变分定理,推导出了该力学问题的有限元基本方程,进而获得其数值计算结果,并应用数学分析法得到简化后的解析结果,与有限元数值结果进行对比,检验了研究结果的正确性。最后,根据计算结果,获得了常物性2D-FGM平面区域瞬态冷却热应力分布图形,同时分析了组分分布形状系数对其影响。结果表明：组分分布形状系数mx和my对2D-FGM板瞬态冷却热应力分布影响颇大,随着mx和my的增大,应力场分布越来越均匀。当上边界采用不同的加热温度函数时,mx(my)等于1.0,my(mx)从1.0增加到10.0时,整个FGM平面内各位置处的热应力都是逐渐增大的。当上下边界分别施加加热温度函数Tb=1300K.Ta=500K,mx等于1.0,my从1.0增加到10.0时,点x/l,x/b(0.5,0.5)处的应力值从340MPa增加到920MPa,增加了63%；my等于1.0,mx从1.0增加到10.0时,板内最小应力值从260MPa增加到440MPa,增加率为40.9%。结构几何形状及边界条件均关于轴x=x/l=0.5对称,若考虑到热导率的不同,其应力场表现为非对称分布,从左到右板中的应力值均由大变小,例如,当上边界加热温度函数为Tb=1300K,my=10.0时,在x/l=0.2、y/b=0.4处与其对称位置x/l=0.8、y/b=0.4处的温度值分别为2300 MPa和1420MPa,前者比后者增大61.97%。此外,考虑板的外界约束条件为四周固定,且结构在冷却过程中收缩,结构内部产生拉应力,致使2D-FGM板在冷却边界条件下产生的瞬态应力值均为正值。因此,设计和应用中,通过选择合适的材料和结构参数以减小热应力,进而满足实际需求。
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34

【参考文献】