先进功能梯度厚壁圆柱壳屈曲行为研究

发布时间：2020-04-04 22:14

【摘要】：功能梯度材料(FGMs)自问世以来,在许多高尖端领域得到了广泛的应用。这主要得益于其连续渐变的物理性能与力学性能。从最初传统的陶瓷金属功能梯度材料,发展到如今先进的碳纳米管和石墨烯梯度增强金属基材料,还是从单一用途发展到多种用途,都显示出功能梯度材料的先进性与重要性。圆柱壳作为一种广泛应用于各个领域的常见结构,其主要失效模式为屈曲失效。因此对先进功能梯度圆柱壳的屈曲行为研究具有重大的价值。本文基于Reddy高阶剪切变形理论建立厚壁圆柱壳结构的基本方程,而后采用理论求解方法对基本方程进行求解。首先,研究了含FGM涂层的碳纤维增强复合材料(CFRP)圆柱壳在压缩和热载荷耦合作用下的屈曲行为。分别基于Micro-mechanical模型和Voigt模型描述了位于壳体中心的CFRP层和内外表面的FGM涂层。考虑到环氧树脂基体为脆性材料,生产或使用中难免出现微小裂纹。因此引入损伤变量来描述CFRP层的受损情况。通过Galerkin法,求解了圆柱壳体在简支边界下的屈曲解。并详细讨论了如几何参数,纤维层数,层压堆积顺序,纤维层角度,损伤变量,功能梯度材料性能,碳纤维含量和温度场等各个方面对屈曲结果的影响。由此发现在实际应用中应更多关注纤维层角度和微裂纹损伤所引起的影响。其次,本文研究了多孔石墨烯梯度增强圆柱壳在外压作用下的屈曲行为。基于Halpin-Tsai微观力学模型描述多孔石墨烯增强金属基复合材料特性。为了求得更精确的结果,本文采用变分法求得了圆柱壳体在固支边界下的屈曲解。并详细讨论了圆柱壳几何参数,三种孔隙分布,三种GPL分布,孔隙度和GPL质量分数等参数对临界屈曲应力的影响。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;V414

【参考文献】