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相似文献
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1.
曹志远  程红梅 《力学季刊》2007,28(2):203-208
本文发展一种功能梯度构件分析的细观元法.细观元法在构件的常规有限元内部设置密集观细单元以反映材料特性变化,又通过协调条件将各细观元结点自由度转换为同一常规有限元自由度,再上机计算.这种细观元法既能充分反映材料功能梯度沿各方向任意变化特性;而其计算单元又和常规有限元一样,是一种针对功能梯度结构分析的有效数值方法.现有功能梯度板件分析中无论对不同形状还是不同边界的功能梯度构件,其材料特性均沿板厚度方向梯度变化,本文用细观元法进行计算与分析,给出了目前尚未得到的沿板平面方向功能梯度变化构件的力学量三维分布形态.  相似文献   

2.
针对功能梯度材料矩形板问题,基于三维弹性理论,将位移和应力分量作为基本变量,通过双三角级数将其控制微分方程转化为常微分方程组的边值问题。采用插值矩阵法直接对常微分方程组边值问题进行求解,得到了功能梯度材料矩形板三维位移、应力场的半解析解。通过算例给出了材料参数按指数形式和幂函数形式变化情况下的功能梯度板的弯曲问题。对比有限元法和状态空间法,结果表明:本文提出的状态空间与插值矩阵法相结合的半解析法能有效地分析材料参数按任意形式连续变化的功能梯度矩形板问题,且具有良好的精度,精度可达10-4量级,能够满足工程需要;与其他方法相比,本文方法具有实施便捷、计算量小等优点,根据其力学场分析结果可设计出满足各种不同需求的功能梯度材料。  相似文献   

3.
利用细观元方法根据材料实际金相图片信息进行材料参数输入,对发生局部网格变化的功能梯度板件进行三维动力特性分析,完成了材料细观结构与构件宏观响应间的跨尺度分析.细观元法在结构的常规有限元内部设置密集的细观单元来反映材料细观构造,此方法可实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过渡分析,为具有细观结构微观变化的功能梯度板件的分析提供一种新的工具.利用细观元法对具有中等组分网状结构发生局部微变的功能梯度板进行三维动力特性分析,给出其固有频率及振型的三维分布,特别是功能梯度板应力振型的平面等值线图差异,得到较好的结果.  相似文献   

4.
具有不同功能梯度分布函数的板件的三维分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
发展了一种新颖的功能梯度结构分析的细观元法。细观元法对结构的常规有限单元内部设置密集细观单元以反映材料特性梯度变化,又通过协调条件将各细观元结点自由度转换为同一常规有限元自由度,再上机计算。这种细观元法既能充分反映材料功能梯度变化特性;而其计算单元又和常规有限元一样,是一种针对功能梯度结构分析的有效数值方法。文中通过细观元技术进行计算、分析,给出了具有不同功能梯度分布函数板件的力学量三维分布形态。  相似文献   

5.
为提高功能梯度板动响应问题求解精度,基于一阶剪切变形板理论,提出了求解功能梯度板自由振动问题的Cell-Based 光滑有限元格式.功能梯度板材料属性沿厚度方向呈梯度连续变化,计算系统刚度矩阵时在光滑域内进行光滑梯度操作,可提高求解精度.采用Cell-Based 光滑有限元法,讨论了长厚比、形状因子和边界条件对两种典型功能梯度方板无量纲频率参数的影响,并与FEM法的解和文献中的解做了对比.数值算例的结果表明,光滑梯度操作可改善有限元系统的刚度,Cell-Based 光滑有限元法的计算结果更加逼近真实解,从而为功能梯度材料的进一步应用打下基础.  相似文献   

6.
功能梯度材料构件三维分析的细观元模型   总被引:1,自引:0,他引:1  
提出一种新颖的功能梯度构件分析的细观元法,给出了方法模型、基本算式及特点与功能。细观元法对构件的常规有限单元内部设置密集细观单元以反映材料特性梯度变化,又通过协调条件将各细观元结点自由度转换为同一常规有限元自由度,再上机计算。这种细观元法既能充分反映材料功能梯度及组分变化特性,而其计算单元与自由度又与常规有限元一样,是一种针对功能梯度构件分析的有效数值方法。算例表明了细观元法对不同情况下功能梯度构件分析的适应性与精度。  相似文献   

7.
功能梯度材料与结构的若干力学问题研究进展   总被引:9,自引:0,他引:9  
仲政  吴林志  陈伟球 《力学进展》2010,40(5):528-541
功能梯度材料的宏观材料特性在空间上是连续变化的,因此即使在线弹性理论范围内,由于控制偏微分方程是变系数的,相应的力学分析具有很大的挑战性.综述了功能梯度材料与结构若干力学问题的最新研究进展,包括功能梯度材料梁、板、壳结构的解析解与半解析解以及简化理论的研究、功能梯度材料结构的数值计算方法研究、功能梯度材料的断裂力学研究.最后对未来功能梯度材料与结构的力学研究进行了展望.  相似文献   

8.
提出了一种新的功能梯度结构分析的细观元法. 细观元法对结构的常 规有限单元内部设置密集细观单元以反映材料细观构造,又通过协调条件将各细观元结点自 由度转换为同一常规有限元自由度. 此方法实现了材料细观结构到构件宏观响 应的直接过渡分析. 用细观元法来分析细观构造上空隙存在对宏观响应影响,给出了含 有不同分布与形状、位置空隙的功能梯度板件的力学量三维分布形态,实现功能梯度材料结 构宏、细观间跨尺度分析.  相似文献   

9.
功能梯度压电材料板的有限元解   总被引:1,自引:0,他引:1  
本文利用变分原理和功能梯度压电材料的本构关系、几何关系、板的边界条件等,推导出功能梯度板的有限元方程。其中考虑了横向剪切变形的影响,采用了板变形问题的Mindlin假设,板内电势设为声:Ф=ψ0(x,y)+ψ1(x,y)z+ψ2(x,y)z^2+ψ1(x,y)g(z),并假设材料的力学和电学常数均沿板厚度z方向按同一函数规律K=K^0f(z)变化,其中f(z)为任意的函数形式。为了验证本文方法的正确性,以功能梯度压电材料正方形板为例,使板所受的机械荷载和电荷载以及函数f(z)的形式与参考文献中所给出的相同,利用本文中提出有限元法计算了功能梯度板的电势和位移,所得结果与参考文献中的几乎一致。最后用此法计算四边简支,接地,线性梯度的PZT-4正方形板受均布荷载作用下的挠度和电势分布。  相似文献   

10.
功能梯度矩形板的三维弹性分析   总被引:5,自引:0,他引:5  
将功能梯度三维矩形板的位移变量按双三角级数展开,以弹性力学的平衡方程为基础.导出位移形式的平衡方程。引入状态空间方法,以三个位移分量及位移分量的一阶导数为状态变量,建立状态方程。考虑四边简支的边界条件,由状态方程得到了功能梯度三维矩形板的静力弯曲问题和自由振动问题的精确解。由给出的均匀矩形板自由振动问题的计算结果表明.与已有的理论解以及有限元方法的计算结果相吻合。假设功能梯度三维矩形板的材料常数沿板的厚度方向按照指数函数的规律变化.进一步给出了功能梯度三维矩形板的自由振动问题和静力弯曲问题的算例分析,并讨论了材料性质的梯度变化对板的动力响应和静力响应的影响。  相似文献   

11.
Assuming the material properties varying with an exponential law both in the thick- ness and radial directions,axisymmetric bending of two-directional functionally graded circular and annular plates is studied using the semi-analytical numerical method in this paper.The de- flections and stresses of the plates are presented.Numerical results show the well accuracy and convergence of the method.Compared with the finite element method,the semi-analytical nu- merical method is with great advantage in the computational efficiency.Moreover,study on ax- isymmetric bending of two-directional functionally graded annular plate shows that such plates have better performance than those made of isotropic homogeneous materials or one-directional functionally graded materials.Two-directional functionally graded material is a potential alter- native to the one-directional functionally graded material.And the integrated design of materials and structures can really be achieved in two-directional functionally graded materials.  相似文献   

12.
Summary A finite element formulation is derived for the thermoelastic analysis of functionally graded (FG) plates and shells. The power-law distribution model is assumed for the composition of the constitutent materials in the thickness direction. The procedure adopted to derive the finite element formulation contains the analytical through-the-thickness integration inherently. Such formulation accounts for the large gradient of the material properties of FG plates and shells through the thickness without using the Gauss points in the thickness direction. The explicit through-the-thickness integration becomes possible due to the proper decomposition of the material properties into the product of a scalar variable and a constant matrix through the thickness. The nonlinear heat-transfer equation is solved for thermal distribution through the thickness by the Rayleigh-Ritz method. According to the results, the formulation accounts for the nonlinear variation in the stress components through the thickness especially for regions with a variation in martial propperties near the free surfaces.  相似文献   

13.
In this article, post-buckling and non-linear bending analysis of functionally graded annular sector plates based on three dimensional theory of elasticity in conjunction with non-linear Green strain tensor is considered. In-plane normal compressive loads have been applied to either radial, circumferential, or all edges of annular sector plates. Material properties are graded in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fractions of constituents while Poisson׳s ratio is assumed to be constant. The governing equations are developed based on the principle of minimum total potential energy and solved based on graded finite element method. Non-linear equilibrium equations are solved based on iterative Newton–Raphson method. The effects of material gradient exponent, different sector angles, thickness ratio, loading condition and two different boundary conditions on the post-buckling behavior of FGM annular sector plates have been investigated. Results denote that due to the stretching–bending coupling effects of the FGMs, the post-buckling behavior of movable simply supported FGM plates is not of the bifurcation-type buckling. Moreover, FGM annular sector plates subjected to uniaxial compression at radial edges show a non-linear bending behavior with unique and stable equilibrium paths following a flattening feature.  相似文献   

14.
基于修正偶应力理论和Kirchhoff板理论,建立了功能梯度微板热力耦合屈曲等几何有限元模型。该模型仅包含一个材料尺度参数,能够描述尺度效应现象,且满足修正偶应力理论的高阶连续性要求。基于虚功原理推导了功能梯度微板热力耦合屈曲等几何有限元方程。通过对板的典型算例分析,讨论了材料尺度参数、边长比及梯度指数对板稳定性的影响。结果表明,本文模型预测的屈曲载荷总是大于宏观理论的结果,即捕捉到了尺度效应现象;随着临界屈曲力的增加,临界屈曲热载荷线性减少;此外,边长比和梯度指数也对微板的稳定性产生一定影响。  相似文献   

15.
基于物理中面和一阶剪切变形板理论,研究了不同边界条件下功能梯度材料(FGM)中厚板的自由振动问题.假设功能梯度板的材料性质沿厚度方向按幂函数规律连续变化.根据哈密顿原理建立了FGM板有限元形式的自由振动方程,利用MATLAB软件编写程序进行了计算.通过数值算例,讨论了不同边界条件下FGM中厚板的无量纲频率随材料梯度指数和厚宽比的变化情况,并与经典板理论下的频率进行了比较.  相似文献   

16.
In this article, static analysis of functionally graded, anisotropic and linear magneto-electro-elastic plates have been carried out by semi-analytical finite element method. A series solution is assumed in the plane of the plate and finite element procedure is adopted across the thickness of the plate such a way that the three-dimensional character of the solution is preserved. The finite element model is derived based on constitutive equation of piezomagnetic material accounting for coupling between elasticity, electric and magnetic effect. The present finite element is modeled with displacement components, electric potential and magnetic potential as nodal degree of freedom. The other fields are calculated by post-computation through constitutive equation. The functionally graded material is assumed to be exponential in the thickness direction. The numerical results obtained by the present model are in good agreement with available functionally graded three-dimensional exact benchmark solutions given by Pan and Han [Pan, E., Han, F., in press. Green’s function for transversely isotropic piezoelectric functionally graded multilayered half spaces. Int. J. Solids Struct.]. Numerical study includes the influence of the different exponential factor, magneto-electro-elastic properties and effect of mechanical and electric type of loading on induced magneto-electro-elastic fields. In addition further study has been carried out on non-homogeneous transversely isotropic FGM magneto-electro-elastic plate available in the literature [Chen, W.Q., Lee, K.Y., Ding, H.J., 2005. On free vibration of non-homogeneous transversely isotropic magneto-electro-elastic plates].  相似文献   

17.
针对组分材料体积含量任意分布的黏弹性功能梯度材料裂纹问题建立有限元分析途径. 通过Laplace变换,将黏弹性问题转化到象空间中求解,基于反映材料非均匀的梯度单元和裂纹尖端奇异特性的奇异单元计算象空间中的位移、应力和应变场,应用虚拟裂纹闭合方法得到应变能释放率,分别由应力和应变能释放率确定应力强度因子. 给出这些断裂参量在物理空间和象空间之间的对应关系,由数值逆变换求出其在物理空间的相应值. 文中分析两端均匀受拉的黏弹性边裂纹板条,首先针对松弛模量表示为空间函数和时间函数乘积的特殊梯度材料进行计算,结合对应原理验证方法的有效性. 然后分析组分材料体积含量具有任意梯度分布的情形,由Mori-Tanaka方法预测象空间中的等效松弛模量. 计算结果表明,蠕变加载条件下,应变能释放率随时间增加,其增大程度与黏弹性组分材料体积含量相关. 由于梯度材料的非均匀黏弹性性质,产生应力重新分布,导致应力强度因子随时间变化,其变化范围与组分材料的体积含量分布方式有关.  相似文献   

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