温度场中FGM梁板结构在非保守力作用下的非线性力学行为分析
发布时间：2021-02-23 17:18
功能梯度材料是一种新型混合材料,工程实际中功能梯度材料通常是由陶瓷和金属两相材料组成。这种材料沿着厚度方向,它的内部组分、结构和功能均按照幂指数函数呈梯度连续变化。该类材料没有界面和性能的显著突变,能够有效缓和应力集中现象。FGM材料同时具备陶瓷和金属的优良性能,所以复合材料能够在极其复杂的环境下工作,比如抵抗高温环境、具备高强度等优点,这种复合材料既可以满足构件工作所需的条件又能够保证工程的安全性。由于具备其良好的综合性能,目前已被广泛用来作为高温及恶劣环境下工作的结构构件,在航空航天、光电以及核能等实际工程中备受关注。梁板结构在保守机械载荷作用下力学行为的研究较多,而特殊机械载荷-非保守载荷作用下的力学行为也是力学研究的主要内容之一。从目前已有研究发现,非保守系统的研究成果少于保守系统的研究成果。梁板结构受非保守载荷作用下的力学行为研究考虑热环境因素的成果更是少之又少。本文研究了在温度场中FGM梁和圆板受非保守力作用下的非线性力学行为。利用能量变分原理,推导了FGM梁和圆板在非保守力作用下的控制方程。采用打靶法在相应的边界条件上,绘制了在均匀以及非均匀升温场下,FGM梁与圆板结构在...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
功能梯度材料结构及功能示意图
硕士学位论文11考虑由两种材料组成的功能梯度材料梁，上表面和下表面分别为纯陶瓷和纯金属。假设功能梯度梁上均匀分布着切向载荷q，这种分布载荷可以随梁的变形而保持与梁轴线始终相切，即随动载荷。考虑将梁置于升温场中，高为h、长度为l以及矩形截面宽度为b。图2.1受轴向随动分布载荷作用的功能梯度梁力学模型图2.2.1FGM梁的物性参数考虑FGM梁是由陶瓷和金属复合而成，假设功能梯度材料梁的物性参数，从梁的上表面陶瓷材料一侧到下表面金属材料一侧仅沿厚度变化，对于纯陶瓷材料的体积分数服从如下幂指数函数变化形式：0.5/pcVzh，(h/2zh/2)（2-1）由于1cmVV，故金属材料的体积分数分布如下：pcmVhzV)/5.0(1-1，(h/2zh/2)（2-2）-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.40.50.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0Vmz/hp=100p=10p=5p=1p=0.5p=0.3p=0.2p=0.1图2.2不同梯度金属材料体积含量的变化规律其中金属和陶瓷材料下标分别用m和c来表示，cV和mV分别代表陶瓷和金属组分体积含量。p代表FGM材料的梯度指数0p，p取不同的值，表示组分不同成分含量的功能梯度材料梁。显然，当p=0时FGM材料退化为均匀各向同性2.2力学模型
温度场中FGM梁板结构在非保守力作用下的非线性力学行为分析14011iicmiimKKCipK，cmTTT2.3基本方程2.3.1非线性几何方程未变形前杆内任意一点用K:x,z表示，对应轴线上的点C:x,0，其中x0,l，当梁在变形状态下，材料点"00K:X,Z，C点的坐标变为"C:X,Z，假设变形后的中心轴仍在xoz平面内。图2.3横截面的转动由Lagrange描述法得：00Xxu，00ZZw（2-20）Xxu，Zw（2-21）00uux,z，00wwx,z分别为物质点K在x和z方向的位移，轴线上的C点在x和z方向的位移分别为0uxux,0和0wxwx,0。由直角坐标解析法可得下列关系式：0ux,zuxzsin（2-22）0wx,zuxzzcos（2-23）式中x为横截面法线的转角，定义为ssx，由弧微分公式得：2222221dXdZdudwdsdXdZdxdxdxdxdxdx（2-24）轴线伸长率为：221dudwRdxdx（2-25）由图2.3可得下列微分关系：dXcosds，dZsinds（2-26）可得基本方程：
【参考文献】：
期刊论文
[1]功能梯度梁在热-机械荷载作用下的几何非线性分析[J]. 王雪,赵伟东. 应用数学和力学. 2019(05)
[2]考虑热对材料参数影响的FGM梁热后屈曲特性研究[J]. 何昊南,于开平. 工程力学. 2019(04)
[3]陶瓷基FGM材料线形变厚度圆板的热后屈曲[J]. 李清禄,段鹏飞,张靖华. 航空材料学报. 2019(01)
[4]热处理温度对Co-Cr-W合金微观组织和力学性能的影响[J]. 崔宇,孙元,侯星宇,张洪宇,荀淑玲,侯桂臣,刘文强,周亦胄. 航空材料学报. 2018(06)
[5]面内变刚度功能梯度圆形薄板的轴对称弯曲[J]. 朱竑祯,王纬波,高存法,殷学文. 船舶力学. 2018(11)
[6]功能梯度梁纯弯曲特性研究[J]. 崔世堂,梁琳琳,李德龙,张科. 应用力学学报. 2019(01)
[7]轴向功能梯度Timoshenko变截面梁的屈曲分析[J]. 葛仁余,张金轮,牛忠荣,程长征. 应用力学学报. 2018(03)
[8]径向弹性约束下功能梯度圆板的热过屈曲[J]. 王茂林,孙云,李世荣. 力学季刊. 2017(03)
[9]非均匀热载荷作用下功能梯度梁的非线性静态响应[J]. 毛丽娟,马连生. 工程力学. 2017(06)
[10]基于Levinson三阶剪切理论的功能梯度轴对称圆板特征值问题求解[J]. 周平,沈纪苹,姚林泉,胡统号. 力学季刊. 2017(02)
博士论文
[1]功能梯度材料梁和圆板在随动载荷作用下的静动态响应[D]. 李清禄.兰州理工大学 2012
[2]热载荷作用下功能梯度材料板壳的静动态响应[D]. 赵永刚.兰州理工大学 2007
本文编号：3047943
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
功能梯度材料结构及功能示意图
硕士学位论文11考虑由两种材料组成的功能梯度材料梁，上表面和下表面分别为纯陶瓷和纯金属。假设功能梯度梁上均匀分布着切向载荷q，这种分布载荷可以随梁的变形而保持与梁轴线始终相切，即随动载荷。考虑将梁置于升温场中，高为h、长度为l以及矩形截面宽度为b。图2.1受轴向随动分布载荷作用的功能梯度梁力学模型图2.2.1FGM梁的物性参数考虑FGM梁是由陶瓷和金属复合而成，假设功能梯度材料梁的物性参数，从梁的上表面陶瓷材料一侧到下表面金属材料一侧仅沿厚度变化，对于纯陶瓷材料的体积分数服从如下幂指数函数变化形式：0.5/pcVzh，(h/2zh/2)（2-1）由于1cmVV，故金属材料的体积分数分布如下：pcmVhzV)/5.0(1-1，(h/2zh/2)（2-2）-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.40.50.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0Vmz/hp=100p=10p=5p=1p=0.5p=0.3p=0.2p=0.1图2.2不同梯度金属材料体积含量的变化规律其中金属和陶瓷材料下标分别用m和c来表示，cV和mV分别代表陶瓷和金属组分体积含量。p代表FGM材料的梯度指数0p，p取不同的值，表示组分不同成分含量的功能梯度材料梁。显然，当p=0时FGM材料退化为均匀各向同性2.2力学模型
温度场中FGM梁板结构在非保守力作用下的非线性力学行为分析14011iicmiimKKCipK，cmTTT2.3基本方程2.3.1非线性几何方程未变形前杆内任意一点用K:x,z表示，对应轴线上的点C:x,0，其中x0,l，当梁在变形状态下，材料点"00K:X,Z，C点的坐标变为"C:X,Z，假设变形后的中心轴仍在xoz平面内。图2.3横截面的转动由Lagrange描述法得：00Xxu，00ZZw（2-20）Xxu，Zw（2-21）00uux,z，00wwx,z分别为物质点K在x和z方向的位移，轴线上的C点在x和z方向的位移分别为0uxux,0和0wxwx,0。由直角坐标解析法可得下列关系式：0ux,zuxzsin（2-22）0wx,zuxzzcos（2-23）式中x为横截面法线的转角，定义为ssx，由弧微分公式得：2222221dXdZdudwdsdXdZdxdxdxdxdxdx（2-24）轴线伸长率为：221dudwRdxdx（2-25）由图2.3可得下列微分关系：dXcosds，dZsinds（2-26）可得基本方程：
【参考文献】：
期刊论文
[1]功能梯度梁在热-机械荷载作用下的几何非线性分析[J]. 王雪,赵伟东. 应用数学和力学. 2019(05)
[2]考虑热对材料参数影响的FGM梁热后屈曲特性研究[J]. 何昊南,于开平. 工程力学. 2019(04)
[3]陶瓷基FGM材料线形变厚度圆板的热后屈曲[J]. 李清禄,段鹏飞,张靖华. 航空材料学报. 2019(01)
[4]热处理温度对Co-Cr-W合金微观组织和力学性能的影响[J]. 崔宇,孙元,侯星宇,张洪宇,荀淑玲,侯桂臣,刘文强,周亦胄. 航空材料学报. 2018(06)
[5]面内变刚度功能梯度圆形薄板的轴对称弯曲[J]. 朱竑祯,王纬波,高存法,殷学文. 船舶力学. 2018(11)
[6]功能梯度梁纯弯曲特性研究[J]. 崔世堂,梁琳琳,李德龙,张科. 应用力学学报. 2019(01)
[7]轴向功能梯度Timoshenko变截面梁的屈曲分析[J]. 葛仁余,张金轮,牛忠荣,程长征. 应用力学学报. 2018(03)
[8]径向弹性约束下功能梯度圆板的热过屈曲[J]. 王茂林,孙云,李世荣. 力学季刊. 2017(03)
[9]非均匀热载荷作用下功能梯度梁的非线性静态响应[J]. 毛丽娟,马连生. 工程力学. 2017(06)
[10]基于Levinson三阶剪切理论的功能梯度轴对称圆板特征值问题求解[J]. 周平,沈纪苹,姚林泉,胡统号. 力学季刊. 2017(02)
博士论文
[1]功能梯度材料梁和圆板在随动载荷作用下的静动态响应[D]. 李清禄.兰州理工大学 2012
[2]热载荷作用下功能梯度材料板壳的静动态响应[D]. 赵永刚.兰州理工大学 2007
本文编号：3047943
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