磁场和温度场作用下金属-陶瓷FGM圆柱壳固有振动

针对温度场中的金属-陶瓷功能梯度圆柱壳,基于物理中面下Love非线性薄壳理论,考虑物性参数沿厚度的梯度分布规律,得到含热应力项的内力和内力矩的表达式．根据电磁和弹性理论,得出磁场环境中导电功能梯度壳体的涡流洛伦兹力模型,给出动能、应变能及其变分表达式．应用哈密顿变分原理和伽辽金离散法,建立功能梯度圆柱薄壳的磁热弹耦合振动方程,推得两端简支约束下非轴对称振动壳体的固有频率特征方程．通过算例,得到功能梯度圆柱壳的固有频率变化曲线图,阐明了磁场、温度、材料属性及结构尺寸对振动频率的影响规律．结果表明：周向波数增大,固有频率呈现先减小后增大的趋势;磁感应强度增加,电磁阻尼效应逐渐明显,固有频率值减小;壳体厚度的增大、长度的减小和温度的大幅升高,使刚度项系数减小,固有频率值增加．     

热环境中功能梯度圆柱薄壳分岔屈曲的边界约束效应

基于前屈曲一致理论,研究了热环境中受轴压功能梯度圆柱薄壳分岔屈曲的边界约束效应问题.导出前屈曲变形的解析解,结合分离变量法与有限差分法求解分岔屈曲控制方程,由此导出确定临界轴压的非线性特征值问题.考虑材料热物性质与温度的相关性,分别就两端简支和两端固支边界条件,分析了温度梯度、初始几何缺陷、组分材料体积分数对分岔屈曲临...     

黏弹性功能梯度材料裂纹问题的有限元方法

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.     

功能梯度截顶圆锥壳的热弹性弯曲精确解

研究了功能梯度材料截顶圆锥壳在横向机械载荷与非均匀热载荷同时作用下的变形问题. 基于经典线性壳体理论推导出了以横向剪力和中面转角为基本未知量的功能梯度薄圆锥壳轴对称变形的混合型控制方程. 假设功能梯度圆锥壳的材料性质为沿厚度方向按照幂函数连续变化的形式. 然后采用解析方法求解,得到了问题的精确解. 分别就两端简支和两端固支边界条件,给出了圆锥壳的变形随其载荷、材料参数等变化的特征关系曲线,重点分析和讨论了载荷参数与材料梯度变化参数对变形的影响.      

功能梯度材料扁锥壳的热弹性大变形分析

研究了功能梯度材料扁薄锥壳在横向非均匀升温场中的几何非线性大变形问题.基于von Kármán几何非线性理论推导出了以中面位移为基本未知量的功能梯度扁薄锥壳在横向非均匀热载荷作用下的轴对称大挠度控制方程.采用打靶法数值求解所得非线性常微分方程边值问题,得到了锥壳的大挠度弯曲变形数值解.给出了锥壳的变形与其形状参数、载荷和材料参数等变化的特征关系曲线,分析和讨论了温度参数和材料梯度变化参数对变形的影响.     

有限长FGM圆筒的热/机应力的解析解

利用微分方程的级数求解方法,分析了两端简支的有限长功能梯度圆筒的轴对称稳态热弹性问题,推导出了稳态温度场与应力场的解析解。分析中采用指数函数模型来描述FGM圆筒中材料性能在厚度方向的连续变化,同时忽略温度对材料性能的影响。另外,论文以金属钼和多铝红柱石制成的功能梯度圆筒为例,给出了稳态温度场和应力场的数值结果。     

径向弹性约束下功能梯度圆板的热过屈曲

研究了周边具有面内径向弹性约束功能梯度圆板在横向非均匀升温下的热过屈曲行为.基于von Karman薄板理论,推导出了横向非均匀加热功能梯度圆板在径向弹性约束作用下的位移形式的轴对称热过屈曲控制方程.假设功能梯度材料性质沿厚度方向按幂函数连续变化,采用打靶法求解得到非线性常微分方程边值问题,获得了周边简支和夹紧条件下功能梯度圆板的热过屈曲响应.定量分析了径向弹性约束对圆板的临界屈曲温度载荷以及热过屈曲变形的影响,给出了不同弹性约束刚度功能梯度圆板的热过屈曲平衡路径和平衡构形.数值结果表明,径向弹性约束对圆板的热过屈曲平衡路径的影响显著,随着约束刚度的减小,临界屈曲温度载荷增大.     

功能梯度变曲率曲梁的几何非线性模型及其数值解

基于弹性曲梁平面问题的精确几何非线性理论,建立了功能梯度变曲率曲梁在机械和热载荷共同作用下的无量纲控制方程和边界条件,其中基本未知量均被表示为变形前的轴线坐标的函数。以椭圆弧曲梁为例,采用打靶法求解非线性常微分方程的两点边值问题,获得了两端固定功能梯度椭圆弧曲梁在横向非均匀升温下的热弯曲变形数值解,分析了材料梯度指数、温度参数、结构几何参数等对曲梁受力及变形的影响。     

热荷载作用下Timoshenko功能梯度夹层梁的静态响应

在精确考虑轴线伸长和一阶横向剪切变形的基础上建立了Timoshenko功能梯度夹层梁在热载荷作用下的几何非线性控制方程.采用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得了两端固支功能梯度夹层梁在横向非均匀升温作用下的静态热过屈曲和热弯曲变形数值解.分析了功能梯度材料参数变化、不同表层厚度和升温参数对夹层梁弯曲变形、拉-弯耦...     

辛体系下平面热黏弹性圣维南问题的解析解

借助积分变换,将辛体系引入平面热黏弹性问题,建立了基本问题的对偶方程,并将全 部圣维南问题归结为满足共轭辛正交关系的零本征值本征解问题. 同时,利用变量代换和本 征解展开等技术给出了一套求解边界条件问题的具体方法. 算例讨论了几种典型边界条件问 题,描述了热黏弹性材料的蠕变和松弛特征,体现了这种辛方法的有效性.     

Nonlinear bending and post-buckling of a functionally graded circular plate under mechanical and thermal loadings

Based on the classical nonlinear von Karman plate theory, axisymmetric large deflection bending of a functionally graded circular plate is investigated under mechanical, thermal and combined thermal–mechanical loadings, respectively, and axisymmetric thermal post-buckling behavior of a functionally graded circular plate is also investigated. The mechanical and thermal properties of functionally graded material (FGM) are assumed to vary continuously through the thickness of the plate, and obey a simple power law of the volume fraction of the constituents. Governing equations for the problem are derived, and then a shooting method is employed to numerically solve the equations. Effects of material constant n and boundary conditions on the temperature distribution, nonlinear bending, critical buckling temperature and thermal post-buckling behavior of the FGM plate are discussed in details.     

粘弹性大挠度圆板的轴对称弯曲

本文探讨粘弹性大挠度圆板的轴对称弯曲的基本方程和求解方法.用半逆解和摄动法分析挠度与膜力,对标准线性固体进行数例计算,并与小挠度理论相比较.全部方程与解答可退化得相应的弹性大挠度板的结果.     

黏弹性层合圆柱壳的临界轴压分析

基于经典屈曲理论,研究了轴向受压黏弹性复合材料层合圆柱壳的临界屈曲载荷. 利用Boltzmann线性积分型本构关系描述铺设单层的各向异性黏弹性行为. 结合解析与数值 方法,由Donnell型屈曲控制方程以及边界条件的Laplace变换导出相空间的特征方程,根 据Laplace逆变换的极值定理,获得层合圆柱壳的瞬时弹性临界载荷与持久临界载荷. 针对 多组铺设方式,通过数值算例重点分析了临界载荷随铺设角的变化特征,两种临界载荷的峰 值点差异程度与铺设方式、几何参数以及材料类型的关系,得到了一些对黏弹性层合圆柱壳 的优化设计有参考价值的结论.     

Coupled thermoelasticity of functionally graded cylindrical shells

The coupled thermoelastic response of a functionally graded circular cylindrical shell is studied. The coupled thermoelastic and the energy equations are simultaneously solved for a functionally graded axisymmetric cylindrical shell subjected to thermal shock load. A second-order shear deformation shell theory that accounts for the transverse shear strains and rotations is considered. Including the thermo-mechanical coupling and rotary inertia, a Galerkin finite element formulation in space domain and the Laplace transform in time domain are used to formulate the problem. The inverse Laplace transform is obtained using a numerical algorithm. The shell is graded through the thickness assuming a volume fraction of metal and ceramic, using a power law distribution. The results are validated with the known data in the literature.     

Analysis for the thermoelastic bending of a functionally graded material cylindrical shell

An analytic study for thermoelastic bending of a functionally graded material (FGM) cylindrical shell subjected to a uniform transverse mechanical load and non-uniform thermal loads is presented. Based on the classical linear shell theory, the equations with the radial deflection and horizontal displacement are derived out. An arbitrary material property of the FGM cylindrical shell is assumed to vary through the thickness of the cylindrical shell, and exact solution of the problem is obtained by using an analytic method. For the FGM cylindrical shell with fixed and simply supported boundary conditions, the effects of mechanical load, thermal load and the power law exponent on the deformation of the FGM cylindrical shell are analyzed and discussed.     

功能梯度中厚圆/环板轴对称弯曲问题的解析解

基于一阶剪切变形板理论，导出了热/机载荷作用下，位移形式的功能梯度 中厚圆/环板轴对称弯曲问题的控制方程，获得了问题的位移和内力的一般解析解. 作为特 例，分别研究了边缘径向固定和可动的夹紧和简支的4种实心功能梯度圆板，给出了它们的 解，并分析了热/机载荷作用下解的形态，讨论了横向剪切变形、材料梯度常数和边界条件， 对板的轴对称弯曲行为的影响.     

Nonlinear stability of functionally graded material (FGM) sandwich cylindrical shells reinforced by FGM stiffeners in thermal environment

In this paper, Donnell's shell theory and smeared stiffeners technique are improved to analyze the postbuckling and buckling behaviors of circular cylindrical shells of stiffened thin functionally graded material(FGM) sandwich under an axial loading on elastic foundations, and the shells are considered in a thermal environment. The shells are stiffened by FGM rings and stringers. A general sigmoid law and a general power law are proposed. Thermal elements of the shells and reinforcement stiffeners are considered. Explicit expressions to find critical loads and postbuckling load-deflection curves are obtained by applying the Galerkin method and choosing the three-term approximate solution of deflection. Numerical results show various effects of temperature, elastic foundation, stiffeners, material and geometrical properties, and the ratio between face sheet thickness and total thickness on the nonlinear behavior of shells.     

热载荷作用下对称S型功能梯度圆板的非线性力学行为

本文研究了热环境中陶瓷-金属-陶瓷功能梯度圆板（S-FGM）的过屈曲和弯曲行为。圆板材料组分的体积分数符合Sigmoid定律,并承受沿圆板厚度方向变化的温度场作用。基于经典板理论,用能量法导出了对称S-FGM圆板静态问题的非线性平衡方程。用打靶法对所得方程进行了数值求解,并利用数值结果研究了不同边界条件、材料的组分、热载荷等因素对对称S-FGM圆板力学行为的影响。数值结果表明：对称S-FGM圆板相较于普通FGM圆板,其力学行为存在一些不同之处,且板的上下表面温升比对S型功能梯度圆板的力学行为有着显著的影响。