热载荷作用下功能梯度材料梁的热粘弹性弯曲

由记忆型非均匀热粘弹性材料的积分型本构关系出发,在时空可分离松弛函数假设和平截面几何假设下,通过引进"结构热函数",建立了FGM梁热粘弹性弯曲问题的数学模型及其简化Gurtin型变分原理.在热弹性参数沿厚度方向呈幂律形式变化和热粘弹性松弛函数空域部分沿厚度方向呈指数形式变化的情况下,借助Ritz解和解析解,研究了热载荷作用下材料组分对热弹性/热粘弹性挠度响应和应力分布的影响,发现了热应力反向分布现象.     

梯度多孔金属材料梁的屈曲和屈曲基础上的振动

为研究梯度多孔金属材料梁的屈曲以及屈曲附近的振动特性,首先建立了随从分布压力下梯度多孔材料梁的动力学控制方程,得到了描述后屈曲的静态控制微分方程和描述屈曲前后振动响应的控制方程。通过打靶法数值求解两组强非线性方程,获得了简支-固支梯度多孔梁的屈曲临界载荷以及屈曲前后振动频率与载荷之间的关系曲线。分析了孔隙率系数和孔隙分布方式对屈曲临界载荷和屈曲前后振动频率的影响。结果表明,随着孔隙率系数e₀的增加,发生屈曲时的临界载荷减小;各阶固有频率也减小。屈曲前,各阶振动频率随载荷增大而减小,屈曲后,除三阶频率外,一阶和二阶频率随载荷增大而增大。     

粘贴压电层功能梯度材料Timoshenko梁的热过屈曲分析

研究了上下表面粘贴压电层的功能梯度材料Timoshenko梁在升温及电场作用下的过屈曲行为。在精确考虑轴线伸长和一阶横向剪切变形的基础上,建立了压电功能梯度Timoshenko层合梁在热-电-机械载荷作用下的几何非线性控制方程。其中,假设功能梯度的材料性质沿厚度方向按照幂函数连续变化,压电层为各向同性均匀材料。采用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得了在均匀电场和横向非均匀升温场内两端固定Timoshenko梁的静态非线性屈曲和过屈曲数值解。并给出了梁的变形随热、电载荷及材料梯度参数变化的特性曲线。结果表明,通过施加电压在压电层产生拉应力可以有效地提高梁的热屈曲临界载荷,延缓热过屈曲发生。由于材料在横向的非均匀性,即使在均匀升温和均匀电场作用下,也会产生拉-弯耦合效应。但是对于两端固定的压电-功能梯度材料梁,在横向非均匀升温下过屈曲变形仍然是分叉形的。     

纵横载荷作用下功能梯度梁的弯曲和过屈曲

基于一阶非线性梁理论和物理中面概念,导出了纵横向载荷作用下功能梯度材料(FGM)梁非线性弯曲和过屈曲问题的控制方程,并获得了该问题的精确解;据此解研究了梯度材料性质、外载荷、横向剪切变形以及边界条件等因素对功能梯度材料梁非线性力学行为的影响,分析中假设功能梯度材料性质只沿梁厚度方向,并按成分含量的幂指数函数形式变化。结果表明:纵横载荷共同作用下,功能梯度梁的弯曲构形将有无限多个;随着梯度指数的增大,梁的变形减小,临界载荷升高;随着长高比的增大,横向剪切变形的影响减小。     

剪切可变形多孔梯度梁屈曲的解析解

多孔梯度梁具有优异的力学性能,受到研究者的广泛关注．然而,同时考虑轴线可伸长和剪切可变形效应的多孔梁屈曲问题尚未得到充分重视．基于屈曲控制方程和泰勒级数展开方法,推导出四种典型边界约束条件下多孔梁屈曲临界载荷的解析表达式．然后,定义轴线可伸长和剪切可变形作用的影响系数,并分别考虑影响系数,孔隙率和孔隙分布对屈曲临界载荷的影响．结果表明,影响系数会降低梁的屈曲临界载荷;孔隙率越大,临界屈曲载荷越小．此外,合理设计孔隙分布有助于提高多孔梁的稳定性．     

多孔功能梯度材料Timoshenko梁的自由振动分析

基于Timoshenko梁理论研究多孔功能梯度材料梁(FGMs)的自由振动问题.首先,考虑多孔功能梯度材料梁的孔隙率模型,建立了两种类型的孔隙分布.其次,基于Timoshenko梁变形理论,给出位移场方程、几何方程和本构方程,利用Hamilton原理推导多孔功能梯度材料梁的自由振动控制微分方程,并进行无量纲化,然后应用微分变换法(DTM)对无量纲控制微分方程及其边界条件进行变换,得到含有固有频率的等价代数特征方程.最后,计算了固定-固定(C-C)、固定-简支(C-S)和简支-简支(S-S)三种不同边界下多孔功能梯度材料梁自由振动的无量纲固有频率.将其退化为均匀材料与已有文献数据结果对照,验证了正确性.讨论了孔隙率、细长比和梯度指数对多孔功能梯度材料梁无量纲固有频率的影响.     

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-弯耦合变形的影响,并给出温度函数在夹层梁厚度方向的具体分布形式.     

热/机械载荷下功能梯度材料矩形厚板的弯曲行为

采用Reddy高阶剪切板理论,考虑材料物性参数随坐标和温度变化的特性,研究在均匀变化的温度场内功能梯度材料矩形板在面内与横向载荷共同作用下的横向弯曲问题,基于一维DQ法和Galerkin技术,给出了一对边固支、另对边任意约束时板弯曲问题的半解析解.以Si3N4/SUS304板为例考察了材料组份、温度场、面内载荷及边界约束条件等对功能梯度材料板弯曲行为的影响.     

弹性地基上多孔功能梯度材料矩形板的自由振动与临界屈曲载荷分析

多孔功能梯度材料(FGM)构件的特性与孔隙率和孔隙分布形式有密切关系。本文基于经典板理论,考虑不同孔隙分布形式时修正的混合率模型,研究Winkler弹性地基上四边受压多孔FGM矩形板的自由振动与临界屈曲载荷特性。首先利用Hamilton原理和物理中面的定义推导Winkler弹性地基上四边受压多孔FGM矩形板自由振动的控制微分方程并进行无量纲化,然后应用微分变换法(DTM)对无量纲控制微分方程和边界条件进行变换,得到计算无量纲固有频率和临界屈曲载荷的代数特征方程。将问题退化为孔隙率为零时的FGM矩形板并与已有文献进行对比以验证其有效性。最后计算并分析了梯度指数、孔隙率、地基刚度系数、长宽比、四边受压载荷及边界条件对多孔FGM矩形板无量纲固有频率的影响以及各参数对无量纲临界屈曲载荷的影响。     

梯度多孔材料梁的非线性力学行为

基于经典梁理论以及物理中面概念,研究了机械载荷作用下梯度多孔材料梁的非线性弯曲及过屈曲问题。利用能量法导出了梯度多孔材料梁的基本方程,并用打靶法对其进行数值求解。假设梯度多孔材料性质只沿厚度方向变化,利用数值结果研究了两种不同材料模型下梯度多孔材料性质、外载荷、边界条件等因素对梯度多孔材料梁非线性弯曲及过屈曲行为的影响。数值结果表明:随着孔隙率的增大,梯度多孔材料梁的弯曲挠度增大,而且非对称材料模型下的结果高于对称材料模型下的结果;梯度多孔材料梁的临界屈曲载荷随孔隙率的增大而减小,而非对称材料模型下的结果低于对称材料模型下的结果。     

空心材料导热性能预测研究

本文建立了一种预测空心材料导热性的方法。研究了空心材料的导热性。用柱形空心材料分析了体分比和孔洞的排列方式对整体材料导热性的影响，用圆柱形、方柱形空心材料和含裂纹材料，分析了空心形状对材料导热性的影响。同他人的实验结果和某些现有的理论模型比较表明，本文方法是有效的。本文的结果能够很好地解释实验结果。     

光声法测量材料热膨胀系数的实验研究

本文对光声技术测量材料热膨胀系数的原理和实验方法进行了研究,设计了传声腔结构和测试系统,该方法不仅能够测量材料横向、纵向的热膨胀系数,而且还能测量常规仪器所不能测量的一任一方向的热膨胀系数,并用该方法对复合材料Al2O3/Al的热膨胀系数进行了测量,通过已有的理论结果对该方法的测试结果的准确性进行了验证,证明了该检测方法的可靠性。     

热/均布载荷下双材料悬臂梁的解析解

基于弹性介质的二维本构关系和热传导理论，采用逆解法，研究了双材料悬臂梁在热／机械载荷作用下的问题，通过假设双材料悬臂梁构件的应力函数，利用应力、位移边界条件和连续性条件，给出了其位移、应力分布的表达式。     

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。     

自由端受集中力作用下压电悬臂梁弯曲问题解析解

本文对由横观各向同性压电介质构成的悬臂梁，在自由端受集中力作用下的弯曲问题进行了研究。首先根据问题的特点，得到简化的线弹性压电悬臂梁的基本方程。然后根据正交各向异性材料悬臂梁应力分布特点，采用逆解法，建立了该问题的应力函数与电势分布函数，进而得到精确多项式解析解。该解析解形式简单，便于应用。文中对自由端受集中力的常规材料和压电材料悬臂梁的挠度也进行了比较。     

The Effect of Thermal Expansion on Porous Media Convection. Part 2: Thermal Convection Solution

The impact of thermal expansion and the corresponding non-Boussinesq effects on porous media convection are considered. The results show that the non-Boussinesq effects decouple from the rest, and solving the Boussinesq system separately is needed even when non-Boussinesq effects are being investigated. The thermal expansion is shown to have a lasting impact on the post-transient convection only for values of Rayleigh number substantially beyond the convection threshold, where the amplitude of convection is not small. In the neighbourhood of the convection threshold the thermal expansion has only a transient impact on the solution. It is also evident from the results that the neglect of the time derivative term in the extended Darcy equation might introduce a significant error when oscillatory effects are present.     

碳纤维长度与取向对纸基摩擦材料热负荷及摩擦学性能影响

采用湿法成型工艺制备了碳纤维长度为0.1~12 mm的5种碳纤维增强纸基摩擦材料.采用梯度能量试验方法测试了所制备材料承载热负荷的能力以及在各级能量负荷条件下的摩擦磨损性能.借助扫描电镜及热导率测试仪,研究了材料承载热负荷的机理.结果表明:碳纤维长度与取向对材料的热负荷及摩擦学性能有显著影响;当碳纤维长度为6 mm时,材料承载热负荷的能力最高;长度为3~12 mm的碳纤维能够在摩擦面形成稳固的框架结构,使材料在不同能量负荷条件下保持稳定的摩擦磨损性能;纤维长度对碳纤维在材料中的排列取向有直接影响,垂直于摩擦面排列的碳纤维能够显著提高材料的热导率并降低材料所承受的最大功率密度.     

弯曲疲劳短裂纹扩展规律研究

本文对３５ＣｒＭｏ钢和４２ＣｒＭｏ钢带穿透短裂纹（初始裂纹长度ａ＝０．１～０．５ｍｍ）的试件进行了弯曲疲劳试验研究，得到了在弯曲疲劳加载下短裂纹扩展速率的计算表达式以及应力比，试件厚度对短裂纹扩展的影响。     

风荷载作用下上海地区外墙外保温系统性能研究

高层建筑随着高度的增加受到风荷载值也增加,外墙外保温系统受到风荷载影响亦增加.外墙外保温系统在交付后,开裂、脱落、渗水现象时有发生,严重时会造成脱落,存在安全质量隐患.本文根据上海地区外墙外保温的实际情况,对外墙外保温系统的风荷载设计值、空腔风压力损失、粘结力等进行计算,综合分析了风荷载对外墙外保温系统的影响及破坏机理,并提出了针对性的措施.