三种工况下SiC/Al梯度功能材料紧凑拉伸试件的应变测试

SiC/Al梯度功能材料试件各梯度单层由不同体积浓度的铝合金和陶瓷SiC复合而成,由于材料组分梯度变化,有效缓和了双材料界面的应变跳跃问题,从而能够获得了优异的使用性能,本文从实验的角度采用激光云纹干涉法,对具有四个梯度层的SiC/Al梯度功能材料紧凑拉伸试件在三种工况下进行实验研究.通过实验采集试件在各工况下的位移场云纹图,根据位移与条纹级数的关系以及小变形条件下应变与条纹级数关系式,获得梯度功能材料紧凑拉伸试件预制裂纹区的应变分布.通过实验结果与文献对比分析,在有关梯度功能材料的裂纹扩展准则的适用性方面取得一致结论;同时,就实验获得的应变结果,讨论了梯度功能材料的材料参数变化规律,以及材料组分和梯度层结构对FGM材料整体力学性能的影响.     

SiC/A1梯度功能材料在机械载荷及热载下的应变测试

梯度功能材料是基于一种全新的材料设计概念而开发的新型功能材料。陶瓷-金属FGM的主要结构特点是各梯度层由不同体积浓度的陶瓷和金属组成,材料在升温和降温过程中宏观梯度层间产生热应力,每一梯度层中细观增强相和基体的热物性失配将产生单层热应力,从而导致材料整体的破坏。采用云纹干涉法,对具有四个梯度层的SiC/A1梯度功能材料分别在机载、热载及两者共同作用下进行了应变测试,分别得到了这三种情况下每梯度层同一位置的纵向应变,横向应变和剪应变值。     

功能梯度材料开裂三点弯曲试件的裂纹端应力强度因子

本文利用能量释放率法计算功能梯度材料开裂三点弯曲试件的裂纹端应力强度因子。在给定力作用下算出裂纹长度为“a”和“a △a”时的二组解，解中包括集中力作用处的位移。从二组解中的相应位移改变值便可以决定出能量释放率。再从能量释放率可以算出裂纹端应力强度因子。本文用有限元方法计算开裂三点弯曲试件的位移。正因为利用了能量释放率法，即利用一种间接法来求裂纹端应力强度因子，从而可用常规有限元来解决问题。     

任意梯度分布功能梯度涂层平面裂纹分析

提出可以分析任意梯度功能梯度材料的分层模型,并采用该模型研究功能梯度涂层平面裂纹问题.采用Fourier变换和传递矩阵法将该混合边值问题化为奇异积分方程组,通过数值求解获得应力强度因子.考察了分层模型的有效性,以及材料梯度变化形式、结构几何尺寸和材料梯度参数对裂纹应力强度因子的影响,发现结构几何尺寸、材料梯度变化形式、...     

功能梯度材料涂层平面运动裂纹分析

研究粘结于均匀材料基底上功能梯度材料涂层平面运动裂纹问题,假设功能梯度材料剪切模量和密度为坐标的指数函数,而泊松比为常数.采用Fourier变换和传递矩阵法将该混合边值问题转化为一对奇异积分方程,通过数值求解奇异积分方程组获得功能梯度材料涂层平面运动裂纹的应力强度因子.考察了结构几何尺寸、裂纹运动速度以及材料梯度参数对运动裂纹的应力强度因子的影响,发现材料梯度参数、结构几何尺寸、裂纹长度以及运动速度均对功能梯度材料动态断裂行为有显著影响.     

平行于功能梯度材料夹层的币型裂纹起裂条件

分析了功能梯度材料中币型裂纹的扩展问题.裂纹平行于无限域中功能梯度材料夹层,受有与裂纹面成任意角度的拉应力.假定功能梯度材料夹层与两个半无限域均匀介质完全粘合,其弹性模量沿厚度方向变化.采用基于层状材料广义Kelyin基本解的边界元方法分析裂纹问题,给出了均布正应力和剪应力作用下裂纹的应力强度因子.将应力强度因子耦合于应变能密度断裂判据,讨论了裂纹体在拉伸应力作用下的起裂条件.     

功能梯度材料涂层平面裂纹分析

研究粘接于均质基底材料上功能梯度涂层平面裂纹问题. 假设功能梯度材料剪切模量的倒数为坐标的线性函数,而泊松比为常数. 采用Fourier变换和传递矩阵法将该混合边值问题化为奇异积分方程组,通过数值求解获得 应力强度因子. 考察了材料梯度变化形式、结构几何尺寸和材料梯度参数对裂纹应力强度因子的影响,发现 功能梯度材料涂层尺寸、裂纹长度以及材料梯度参数均对应力强度因子有显著影响.     

正交各向异性功能梯度材料反平面裂纹尖端应力场

采用积分变换-对偶积分方程方法,研究了正交各向异性功能梯度材料反平面裂纹问题.文中假定材料沿两个主轴方向的剪切模量成比例按双参数梯度模型变化,通过求解对偶积分方程并考虑变形Bessel函数的渐近特性,推导出了裂纹尖端应力场.最后考察了材料非均匀性及正交性对应力强度因子的影响.     

功能梯度压电/压磁双材料的周期界面裂纹问题

研究反平面载荷作用下压电/压磁双材料的周期界面裂纹问题,压电/压磁双材料由有限厚度的功能梯度压电层和功能梯度压磁层粘结而成.为便于分析,假设压电层和压磁层的材料性质沿着裂纹的法线方向呈指数变化,基于分离变量和Hilbert核奇异积分方程方法,获得应力强度因子的数值解.数值算例讨论层厚、周期带长度、梯度参数以及材料参数变动等对应力强度因子的影响.结果发现层厚以及裂纹间距的增大会降低裂纹尖端应力强度因子,梯度参数的改变对应力强度因子也有显著的影响.材料参数变动的讨论发现弹性参数的变动对应力强度因子影响最大,其次为电参数,磁参数的变动对应力强度因子影响最小.     

弹性功能梯度材料板条中周期裂纹的反平面问题

讨论了弹性功能梯度材料板条中裂纹的反平面问题. 用Fourier 变换方法得到了一个基本解. 这个基本解表示了实轴上一点作用有点位错时引起的影响. 利 用此基本解可得单裂纹和周期裂纹问题的奇异积分方程. 在周期裂纹求解时, 远处裂纹对于中央裂纹的影响作了有效的近似处理. 最后, 给出了数值结果, 它表示了材料性质对于裂纹端应力强度因子的影响.