Elastic Analysis of Anisotropic Functionally Graded Rotating Disks With Non-Uniform Thicknesses北大核心CSCD

研究了任意梯度变化的变厚度各向异性转动圆盘的弹性问题.假设圆盘绕刚性轴匀速转动,其材料性能和厚度沿径向任意梯度变化.考虑圆盘在中心转轴处受位移约束,外侧自由,根据各向异性转动圆盘的平衡微分方程,得到关于径向应力的Fredholm积分方程,继而通过对Fredholm积分方程进行数值求解,得到结构的位移场和应力场.对具体梯度变化情况仅需代入相应梯度变化进行求解即可.数值算例部分,通过假设厚度、弹性模量等参数为特殊的幂函数形式,将由Fredholm积分方程求出的数值解与对应的精确解进行对比,以及针对常见的Voigt模型,将由该方法算得的数值解和ANSYS有限元计算结果进行对比,验证了该方法的准确性和精度.其次,针对Voigt模型,重点分析了厚度变化、材料性能梯度参数、各向异性度等对应力场和位移场的影响.提出了针对材料性能和厚度沿径向呈任意梯度变化的圆盘结构弹性分析方法,将为优化功能梯度圆盘的结构和材料参数、有效调整构件应力分布、提高结构安全性,提供强有力的工具;算例分析结果对功能梯度圆盘在复杂条件下的结构安全设计有重要的理论指导意义.     

Thermoelastic analysis of functionally graded annulus with arbitrary gradient

A thermoelastic problem of a circular annulus made of functionally graded materials with an arbitrary gradient is investigated. Different from previous works, our analysis neither requires a special form of the gradient of material properties nor demands partitioning the entire structure into a multilayered homogeneous structure. Instead, we propose a new method for solving the thermoelastic problem of a functionally graded circular annulus by transforming it to a Fredholm integral equation. The distribution of thermal stresses and radial displacement can be obtained by solving the resulting equation. Illustrative examples are given to show the effects of varying gradients on the thermal stresses and radial displacement for given temperature changes at the inner and outer surfaces. The results indicate that the thermal stresses can be relaxed for specified gradients, which is beneficial to design an inhomogeneous annulus to maintain structural integrity.     

轴向功能梯度变截面梁的自由振动研究

摘 要：本文引入一种新的、简单易行的近似方法,求解轴向非均匀变截面梁的自由振动固有频率。将位移展开成切比雪夫多项式,从而变系数控制微分方程转化为含未知系数的齐次线性方程组。利用非零解的存在条件,进而得到含固有频率的特征方程。通过和特定梯度下已有的精确解进行比较,验证了该方法的精度和有效性,并分析了梯度参数、支承条件等对固有频率的影响。     

任意梯度分布功能梯度圆环的热弹性分析

对沿径向任意变化的材料参数的功能梯度圆环进行了热弹性分析.与以前关于该问题的分析不同,既不需要预先给定具体的梯度变化形式,也不需要对结构进行细分.给出一种新的有效解法将问题转换为求解Fredholm积分方程,从而通过Fredholm积分方程的解给出热应力和位移的分布情况.最后通过算例分析了内外表面受不同温度作用时,材料参数呈现梯度变化对圆环的应力和位移变化的影响,计算结果表明某些特定的材料梯度可有效缓解圆环内的热应力分布.该文得到的结果对功能梯度圆环在结构安全设计方面有重要的理论指导意义.