功能梯度材料圆柱壳体屈曲行为研究

发布时间：2017-10-17 16:27

  本文关键词：功能梯度材料圆柱壳体屈曲行为研究

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【摘要】：随着现代科学技术的发展,材料制作工艺水平不断提高,涌现出了大量新型复合材料,其中功能梯度材料(Functionally Graded Materials简称FGM)消除了普通层合结构复合材料间的界面应力,被广泛应用于航空、航天和核工业的热防护层主体结构上。FGM材料在应用过程中具有多种结构形式,其中柱壳结构容易发生屈曲破坏。FGM圆柱壳体在运载火箭燃料箱结构中应用十分广泛,为提高结构抗屈曲能力,在应用过程中一般采用栅格加筋形式提高结构稳定性,在位工作时需要承受热荷载与机械荷载共同作用,因此对其进行耦合作用下屈曲研究十分有必要。本文主要研究梯度功能材料圆柱壳体在热荷载和机械荷载共同作用下的屈曲行为,主要研究内容有：(1)介绍了功能梯度材料背景与实际结构工程中圆柱壳体结构的应用,介绍了结构屈曲现象,剖析了薄壁壳结构屈曲本质,分析了国内外FGM柱壳屈曲问题研究现状；(2)给出了热荷载作用下功能梯度材料属性表达式,介绍了壳体屈曲问题基本理论,根据Reddy高阶剪切变形理论推导了圆柱壳体通用位移表达式,此时横向剪切应变在厚度方向的成抛物线分布,并且不含剪切修正系数,消除了人为选取修正系数造成的计算结果混乱,考虑了中等厚度圆柱壳体横向剪切作用的影响；(3)基于Reddy高阶剪切变形理论推导了中等厚度圆柱壳体控制方程,利用分离变量法求解基本方程得到屈曲问题精确解,通过与已有经典Donnell理论结果比较验证了本文精确求解方法的计算结果,同时得出中等厚度FGM圆柱壳在固支边界条件下横向剪切作用不可忽略,通过算例分析了体积分数指数、温度场对于临界屈曲应力的影响；(4)讨论了网格加筋结构圆柱壳体屈曲问题,利用叠加原理讨论了栅格肋骨对于结构整体的影响,计算过程中考虑了肋骨扭转与剪切刚度,文章最后通过算例分析了肋骨参数对加筋功能梯度材料柱壳结构稳定性的影响,合理调整肋骨参数能够降低结构重量,提高结构稳定性,计算结果对实际工程设计具有十分重要的借鉴意义。
【关键词】：功能梯度材料 圆柱壳 热荷载 屈曲 Reddy高阶剪切理论
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34;V414
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 圆柱壳结构的工程应用与存在问题10-15
• 1.2 功能梯度材料简介15-19
• 1.3 FGM圆柱屈曲问题研究现状19-22
• 1.3.1 结构屈曲简介19-20
• 1.3.2 FGM圆柱壳屈曲研究现状20-22
• 1.4 本文主要工作22-23
• 2 FGM圆柱壳屈曲理论基础23-29
• 2.1 FGM材料属性23-27
• 2.2 基于Reddy高阶理论的圆柱壳位移方程27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 3 中厚度FGM圆柱壳体屈曲29-45
• 3.1 中厚度FGM圆柱壳体屈曲基本方程推导29-36
• 3.1.1 求解问题描述29-30
• 3.1.2 几何方程30-31
• 3.1.3 本构方程31-32
• 3.1.4 控制方程32-35
• 3.1.5 温度场环境35
• 3.1.6 边界条件35-36
• 3.2 方程求解36-38
• 3.3 数值结果讨论38-44
• 3.3.1 计算结果比较39-40
• 3.3.2 体积分数指数影响40-42
• 3.3.3 温度场影响42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 网格加筋结构FGM圆柱壳体屈曲45-58
• 4.1 网格加筋结构FGM圆柱壳体屈曲基本方程推导45-51
• 4.1.1 求解问题描述45-47
• 4.1.2 加筋结构圆柱壳体本构方程处理47-51
• 4.2 问题求解51-53
• 4.3 数值结果讨论53-57
• 4.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-63
• 附录A 系数表达式63-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

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本文编号：1049858