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相似文献
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1.
功能梯度热释电材料平板柱形弯曲问题的精确解   总被引:7,自引:0,他引:7  
采用状态空间法,假定材料常数沿厚度方向均按同一指数函数规律变化,获得了功能梯度热释电材料平板柱形弯曲问题的精确解。通过算例,分析了在机械荷载、电荷载和热荷载分别作用下,材料性质的不同梯度变化对平板结构响应的影响。  相似文献   

2.
张纯  仲政 《固体力学学报》2007,28(3):217-223
利用Haar小波方法对任意材料梯度分布的四边简支功能梯度材料矩形板进行了三维力学分析.由于小波方法在求解局部奇异性问题上的优越性,对于任意材料梯度变化,甚至材料性质存在局部剧烈变化的情况,各分量的Haar小波级数解都有较好的收敛性.通过算例得到了矩形板在机械荷载作用下,平板上下表面材料性质差异以及材料不同梯度形式对其结构响应的影响.  相似文献   

3.
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   

4.
李世荣 《力学学报》2022,54(6):1601-1612
功能梯度材料微板谐振器热弹性阻尼的建模和预测是此类新型谐振器热?弹耦合振动响应的新课题. 本文采用数学分析方法研究了四边简支功能梯度材料中厚度矩形微板的热弹性阻尼. 基于明德林中厚板理论和单向耦合热传导理论建立了材料性质沿着厚度连续变化的功能梯度微板热弹性自由振动控制微分方程. 在上下表面绝热边界条件下采用分层均匀化方法求解变系数热传导方程, 获得了用变形几何量表示的变温场的解析解. 从而将包含热弯曲内力的结构振动方程转化为只包含挠度振幅的偏微分方程. 然后,利用特征值问题在数学上的相似性,求得了四边简支条件下功能梯度材料明德林矩形微板的复频率解析解, 进而利用复频率法获得了反映谐振器热弹性阻尼水平的逆品质因子. 最后, 给出了材料性质沿板厚按幂函数变化的陶瓷?金属组分功能梯度矩形微板的热弹性阻尼数值结果. 定量地分析了横向剪切变形、材料梯度变化以及几何参数对热弹性阻尼的影响规律. 结果表明, 采用明德林板理论预测的热弹性阻尼值小于基尔霍夫板理论的预测结果, 而且两者的差别随着相对厚度的增大而变得显著.   相似文献   

5.
周凤玺  李世荣 《力学学报》2010,42(2):325-331
基于线弹性理论的基本方程,选用3个位移分量和3个应力分量作为状态变量,利用状态空间法建立了功能梯度矩形板的三维状态方程. 考虑四边简支的边界条件,采用打靶法数值求解了材料常数沿板厚按幂率变化的弯曲问题和自由振动问题,为求解功能梯度材料三维弹性响应提供了一种方法. 并且给出了功能梯度材料三维矩形板的静动态响应受组分材料分布以及板厚长比变化的影响规律.   相似文献   

6.
功能梯度压电圆板自由振动问题的三维精确分析   总被引:2,自引:0,他引:2  
张晓日  仲政 《力学季刊》2005,26(1):81-86
本文对周边为广义刚性滑动和广义简支两种边界条件下的功能梯度压电材料圆板自由振动问题进行分析。根据轴对称横观各向同性压电材料基本方程,并利用有限Hankel变换得到了功能梯度压电材料圆板的状态空间方程。假设材料的机械和电学性质均沿板厚方向按统一的指数函数形式梯度分布,从而获得了周边为广义刚性滑动和广义弹性简支两种边界条件下功能梯度压电圆板自由振动问题的三维精确频率方程,该方程是一个关于自由振动频率的超越方程,通过求解该超越方程可得到在不同板厚以及不同的材料性质梯度变化情况下的圆板自由振动频率值,结果表明在相同的材料性质梯度变化情况下频率均随着板厚增加而增大,而在相同的板厚情况下频率则随材料性质梯度变化指数的增大而减小的结论。  相似文献   

7.
刘五祥  仲政 《力学季刊》2008,29(1):40-47
本文研究正交各向异性功能梯度平板的二维热弹性问题.该平板在y方向无限长,x方向对边简支且温度恒定.从热弹性力学的基本方程出发,假设材料参数沿板厚方向(z方向)按同一函数规律变化,基于状态空间法,在板的上下表面作用机械荷载和热荷 载的情况下,获得了功能梯度平板二维热弹性问题的Peano-Baker级数解.通过算例,验证了Peano-Baker级数解的正确性;同时也分析了材料参数沿板厚方向不同的幂函数分布对平板响应的影响.  相似文献   

8.
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   

9.
研究了含微孔洞缺陷的压电功能梯度材料矩形板的热屈曲相关特性。假定功能梯度层的材料参数如热膨胀系数及弹性模量均沿厚度方向呈指数变化,且四边简支边界条件。首先推导了屈曲平衡方程,然后结合数值算例分析了功能梯度层材料性能的梯度参数、厚度及长宽比对临界屈曲温度的影响,最后分析了微孔洞损伤对临界外荷载的影响。结果表明:板的薄厚程度对屈曲特性有较大的影响,板越薄则临界屈曲温度越低;材料属性的梯度变化越大,临界屈曲温度也越低;微孔洞缺陷带来的损伤对于临界屈曲荷载的影响很小,但对于某些特殊情况,如需要更精准的传感器设计则不建议忽略,且损伤影响随着板厚增大而减小。  相似文献   

10.
非保守力作用下FGM矩形板的稳定性分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
对受均布随从力作用的功能梯度材料(FGM)矩形板,引入应力函数,得到了以应力函数和挠度函数表示的耦合运动微分方程组。用Fourier级数法研究了四边简支FGM非保守矩形板的稳定性,给出了不同边长比和不同梯度指标下频率和发散载荷的变化曲线,以及梯度指标变化对频率和发散载荷的影响。  相似文献   

11.
An exact three-dimensional analysis is presented for a functionally gradient piezoelectric material rectangular plate that is simply supported and grounded along its four edges. The state equations of the functionally gradient piezoelectric material are developed based on the state space approach. Assuming that the mechanical and electric properties of the material have the same exponent-law dependence on the thickness-coordinate, we obtain an exact three-dimensional solution of the coupling electroelastic fields in the plate under mechanical, and electric loading on the upper and lower surfaces of the plate. The influences of the different functionally gradient material properties on the structural response of the plate to the mechanical and electric stimuli are then studied through examples.  相似文献   

12.
THREE-DIMENSIONAL THERMOELASTIC ANALYSIS OF FUNCTIONALLY GRADED PLATE   总被引:2,自引:0,他引:2  
Three-dimensional thermoelastic analysis is presented for an orthotropic functionally graded rectangular plate,which is simply supported and isothermal on its four lateral edges.With the assumption that material properties have arbitrary dependence on the thickness-coordinate,a Peano-Baker series solution is obtained for the thermoelastic fields of the functionally graded plate subjected to mechanical and thermal loads on its upper and lower surfaces by means of state space method.The correctness of the obtained series solution is validated through numerical examples.The influence of different material properties distributions on the structural response of the plate is also studied.  相似文献   

13.
功能梯度矩形厚板的三维热弹性分析   总被引:6,自引:1,他引:6  
直接从三维热弹性力学基本方程出发,通过引入两个位移函数和两个应力函数,导出了一个二阶的齐次状态方程和一个四阶的非齐次状态方程。分析中采用了层合近似模型,即将板划分成厚度足够小的若干薄层,从面可将每一层内的材料常数近似为常数。给出了任意厚度的四边简支横观各向同性功能梯度矩形板的热弹性分析,特别当板较薄时,与薄板理论进行了数值对比,发现两者结果吻合很好。最后研究了材料梯度指标对热弹性场的影响,结果显示梯度指标对热应力和位移都有着显著的作用:在不同的区间,梯度指标对它们有不同的影响;并且在同一区间,梯度指标对两者的影响程度也有所不同。  相似文献   

14.
李尧臣  亓峰  仲政 《力学学报》2008,40(5):636-645
提出了功能梯度圆板在轴对称载荷作用下的简化理论与解析解. 引入了板理论的若干假设(Kirchhoff假设的一部分,Reissner-Mindlin假设和文中提出的假设),并假设材料常数在板厚方向按指数规律变化. 推导了板的周边固定或简支同时又接地情况下中性层法线转角的解和用Fourier-Bessel级数表示的电势解. 这个解在形式上比精确解简单得多,进行数值计算时也相当方便与快捷. 该文给出了板的周边固定、接地情况下的计算结果并进行了讨论,对于理论和方法的正确性作了验证.   相似文献   

15.
In this research work, an exact analytical solution for buckling of functionally graded rectangular plates subjected to non-uniformly distributed in-plane loading acting on two opposite simply supported edges is developed. It is assumed that the plate rests on two-parameter elastic foundation and its material properties vary through the thickness of the plate as a power function. The neutral surface position for such plate is determined, and the classical plate theory based on exact neutral surface position is employed to derive the governing stability equations. Considering Levy-type solution, the buckling equation reduces to an ordinary differential equation with variable coefficients. An exact analytical solution is obtained for this equation in the form of power series using the method of Frobenius. By considering sufficient terms in power series, the critical buckling load of functionally graded plate with different boundary conditions is determined. The accuracy of presented results is verified by appropriate convergence study, and the results are checked with those available in related literature. Furthermore, the effects of power of functionally graded material, aspect ratio, foundation stiffness coefficients and in-plane loading configuration together with different combinations of boundary conditions on the critical buckling load of functionally graded rectangular thin plate are studied.  相似文献   

16.
李尧臣  亓峰  仲政 《力学学报》2010,42(4):670-681
提出了压电功能梯度矩形板在竖向载荷作用下的近似理论与解析解. 引入了板理论的Kirchhoff假设、Reissner-Mindlin假设和提出的补充假设, 并假设材料常数在板厚方向按指数规律变化. 推导了板在周边简支同时又接地情况下中性层法线转角的解和用Fourier级数表示的电势解. 该解在形式上比精确解简单得多, 进行数值计算时也相当方便与快捷. 计算结果与ANSYS软件用三维实体单元的有限元计算结果进行了比较, 证实了该方法即使在厚板情况下仍然具有很高的精度.   相似文献   

17.
We analyze the steady-state response of a functionally graded thick cylindrical shell subjected to thermal and mechanical loads. The functionally graded shell is simply supported at the edges and it is assumed to have an arbitrary variation of material properties in the radial direction. The three-dimensional steady-state heat conduction and thermoelasticity equations, simplified to the case of generalized plane strain deformations in the axial direction, are solved analytically. Suitable temperature and displacement functions that identically satisfy the boundary conditions at the simply supported edges are used to reduce the thermoelastic equilibrium equations to a set of coupled ordinary differential equations with variable coefficients, which are then solved by the power series method. In the present formulation, the cylindrical shell is assumed to be made of an orthotropic material, although the analytical solution is also valid for isotropic materials. Results are presented for two-constituent isotropic and fiber-reinforced functionally graded shells that have a smooth variation of material volume fractions, and/or in-plane fiber orientations, through the radial direction. The cylindrical shells are also analyzed using the Flügge and the Donnell shell theories. Displacements and stresses from the shell theories are compared with the three-dimensional exact solution to delineate the effects of transverse shear deformation, shell thickness and angular span.  相似文献   

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