耦合熱力荷載下功能梯度材料板的安定性分析及優(yōu)化.pdf

1、穩(wěn)定性和完整性是許多承受塑性變形的零部件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中十分重要的問題，它不僅影響機(jī)器或結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，而且關(guān)系到由于結(jié)構(gòu)和部件的失穩(wěn)而導(dǎo)致的災(zāi)難性事故，因此對(duì)使用在高溫高強(qiáng)度下的功能梯度材料結(jié)構(gòu)的安定分析十分重要。另一方面，因功能梯度材料微觀組成和性能沿其厚度方向連續(xù)變化，其材料性能的描述方法對(duì)研究其力學(xué)行為有較大影響。本文在假設(shè)功能梯度材料板由線彈性顆粒相材料和各向同性彈塑性基體相材料制備的基礎(chǔ)上，分別由一個(gè)指數(shù)函數(shù)分布模型和分段指數(shù)函

2、數(shù)分布模型描述其材料性能的變化，采用Bree研究核燃料容器的方法分析了受到循環(huán)熱―機(jī)械載荷作用的功能梯度材料板的安定性能，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了板中顆粒相體積分?jǐn)?shù)的分布。論文主要工作如下：
　?、倩趦?nèi)時(shí)本構(gòu)方程、靜力安定定理和運(yùn)動(dòng)安定定理，采用一個(gè)指數(shù)函數(shù)分布模型描述功能梯度材料板的材料性能，借助Bree板的分析方法建立了其安定分析的數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)值方法對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的功能梯度材料板進(jìn)行了詳細(xì)的安定分析，并與其等效均勻材料板的安定分析

3、結(jié)果做了比較。
　?、诮柚鶨shelby求解的一個(gè)橢球形區(qū)域點(diǎn)內(nèi)點(diǎn)外的應(yīng)變場(chǎng)，推導(dǎo)出顆粒之間的局部相互作用并與基于簡(jiǎn)單機(jī)械模型得到的材料組成相的彈塑性本構(gòu)關(guān)系結(jié)合，建立了功能梯度材料的彈塑性本構(gòu)關(guān)系，可用于預(yù)測(cè)功能梯度材料板中任一點(diǎn)的等效材料性能和其彈塑性響應(yīng)。
　?、鄄捎梅侄沃笖?shù)函數(shù)分布模型描述功能梯度材料板的材料性能變化，推導(dǎo)出采用此模型后的安定分析的分段模型。以Al/SiC功能梯度板為例，將其分為20層且每層上下表面處

4、的材料性能采用考慮顆粒之間局部相互作用的細(xì)觀力學(xué)模型預(yù)測(cè)，通過數(shù)值方法對(duì)板進(jìn)行安定分析。
　?、茉谝陨戏治龅幕A(chǔ)上，以功能梯度材料板處在安定狀態(tài)時(shí)所能承受的最大溫度增量為目標(biāo)，以板中所含顆粒的總體積百分比不變?yōu)榧s束條件，由Matlab語言編寫出目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)子程序，借助Matlab軟件中的遺傳算法工具箱對(duì)所提出的板中顆粒體積分?jǐn)?shù)分布函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到所優(yōu)化參數(shù)滿足目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。對(duì)優(yōu)化后的板進(jìn)行安定分析得到相應(yīng)的安定區(qū)域，并