含裂紋功能梯度材料梁結構振動功率流特性研究.pdf

1、功能梯度材料是由多種性能不同的材料沿空間通過連續(xù)改變組分而形成，具有優(yōu)于其它傳統(tǒng)復合材料的獨特性能，應用于各種工程領域中。梁結構是工程應用中重要的構件，而梁中的裂紋損傷會改變局部剛度等特性，使得梁的振動特性和波傳播特性發(fā)生改變。
　　本文首先對含裂紋的功能梯度材料歐拉梁結構進行了自由振動特性分析。以歐拉梁理論為基礎，給出了材料屬性沿厚度呈指數(shù)函數(shù)變化的功能梯度材料梁的自由振動方程，并采用經(jīng)典的轉動彈簧模型來模擬梁中的裂紋。研究了梁

2、的長度、裂紋位置、裂紋深度、材料梯度和邊界條件等參數(shù)與振動頻率之間的關系。結果表明這些參數(shù)的改變會對梁的固有頻率產(chǎn)生影響。
　　然后對無限長功能梯度材料梁進行了輸入功率流和傳播功率流分析。建立了無限長FGM歐拉梁結構的動力學方程，采用波動法結合梁的連續(xù)條件計算得到FGM歐拉梁的振動特性，對完善梁和裂紋梁的輸入功率流和傳播功率流進行了分析。討論了材料梯度、激勵頻率、裂紋深度和裂紋位置等信息與輸入功率流和傳播功率流之間的關系,為基于振

3、動功率流的裂紋FGM梁的損傷識別提供了理論基礎。
　　最后對不同參數(shù)條件下的含裂紋功能梯度材料梁進行了模態(tài)功率流特性分析。推導了 FGM歐拉梁的模態(tài)功率流計算表達式，并給出了基于模態(tài)功率流的損傷指標。基于模態(tài)功率流的損傷指標，對兩端固支、一端固支一端自由和兩端簡支三種不同邊界條件梁進行了分析討論。通過計算分析表明：基于模態(tài)功率流的損傷指標不僅可以識別出裂紋的位置，還可以在一定程度上預測出裂紋的嚴重程度。另外在不同的材料梯度下，基于