一维准晶功能梯度层合圆柱壳热电弹性精确解

发布时间：2021-03-27 20:13

　　两种或多种不同性质材料组成的层状结构可以满足工业发展的需求.然而,材料属性在接触面的突变问题,容易导致层间界面处产生应力集中、裂纹以及分层等问题.功能梯度材料利用连续变化的组分梯度来代替突变界面,可以消除界面处的物理性能突变,提高结构的粘结强度.本文以一维准晶功能梯度层合圆柱壳为研究对象,利用类Stroh公式和传递矩阵方法,建立了材料参数沿径向呈现幂函数变化的层合圆柱壳模型,获得了简支边界条件对应的一维准晶功能梯度层合圆柱壳的热电弹性精确解.数值算例中讨论了层合圆柱壳内外表面承受温度载荷时,功能梯度指数因子对温度场、电场、声子场和相位子场的影响,尤其是对层合圆柱壳内外表面的影响.结果表明,指数因子改变了材料参数的空间分布情况,进而对温度场、电场、声子场和相位子场都有影响;增加功能梯度指数因子,可减小温度载荷引起的内表面变形,进而提升结构强度.本文得到的结果可以为功能梯度准晶层合圆柱壳的设计和制造提供可靠的理论依据. 

【文章来源】：力学学报. 2020,52(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

一维准晶功能梯度层合圆柱壳的示意图

图2 指数因子对温度的影响图4为不同指数因子α对应的声子场和相位子场应力沿半径方向的变化曲线.图4(a)为在圆柱壳界面处连续的声子场应力和α=-5对应的r相比,α=5对应的最大值更大.此外,α=5对应的在靠近内表面处数值最小,在靠近外表面处数值最大.从图4(b)可以看到,相位子场应力在中间层为0,因为晶体中不存在相位子场.准晶层中的随着α的增大而增大.

图2给出指数因子α对温度的影响,图3为电势和电位移随着指数因子α的变化曲线.从图2可以看到,ˉT在功能梯度层合圆柱壳的内表面为0.5,外表面为1.0.同时,图3(b)显示电位移在功能梯度层合圆柱壳的内外表面均为0.上述物理量在圆柱壳内外表面的数值满足加载的边界条件.文中考虑了温度场对弹性场、电场的单向耦合问题,根据温度场传递矩阵关系,图2所示与α和特征值η有关.同时考虑层合圆柱壳内外表面加载的温度边界条件.因此,不同α对应的曲线出现交叉现象.此外,α=-5对应的温度在界面处更光滑,是因为不同层间的热传导系数差异性减小导致的.在图3(a)中,最外层的随着α的增大略有增大.图3(b)所示中间层的数值随着α的减小而增大,并且数值远大于外层和内层,这主要是因为晶体的热电系数大于准晶材料的热电系数导致.图3 指数因子对电场的影响

【参考文献】：
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本文编号：3104143