基于物理中面功能梯度材料板殼結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、功能梯度材料(FGM)，在宏觀與微觀上都是非均質(zhì)復(fù)合材料，一般是由陶瓷與金屬?gòu)?fù)合而成，其材料組分從純陶瓷表面到純金屬表面呈連續(xù)梯度變化，導(dǎo)致了材料性質(zhì)與等效物理參數(shù)也是梯度平緩變化。這使得FGM在工程應(yīng)用中，特別在航天工業(yè)、聚變堆與核工業(yè)等高溫環(huán)境中，有著傳統(tǒng)纖維-基體復(fù)合材料無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。本文基于物理中面的概念與經(jīng)典非線性板殼理論，建立了關(guān)于FGM板、圓柱殼與雙曲率扁殼的基本方程。物理中面板殼理論具有面內(nèi)變形與橫向彎曲解耦的特點(diǎn)，又

2、因?yàn)榭刂品匠膛c邊界條件簡(jiǎn)潔，使得分析FGM板殼力學(xué)行為的難度降低。
　　 在線性分析中，用解析的方法分析了FGM板、圓柱殼與雙曲率扁殼彎曲、振動(dòng)與屈曲等力學(xué)行為。分析結(jié)果表明，F(xiàn)GM板殼的無(wú)量綱撓度隨著梯度參數(shù)的增加而減小，而無(wú)量綱振動(dòng)頻率與臨界屈曲載荷隨著梯度參數(shù)的增加而增加。
　　 在非線性分析中，用Galerkin變分法分析了FGM板殼在熱-機(jī)載荷作用下的非線性彎曲，大幅度振動(dòng)，過屈曲等力學(xué)行為。主要結(jié)論有：

3、>　　 在對(duì)FGM板、圓柱殼與雙曲率扁殼的非線性彎曲分析中，在機(jī)械載荷作用下FGM板殼的彎曲力學(xué)行為介于純金屬于與純陶瓷之間，但是在熱-機(jī)載荷聯(lián)合作用下，F(xiàn)GM板殼的彎曲力學(xué)行為并不都是如此。在相同的熱載作用下，簡(jiǎn)支FGM板殼都有較大的初始撓度，固支殼只有微小的初始撓度，而固支板在沒有發(fā)生熱過屈曲變形時(shí)無(wú)初始撓度。當(dāng)FGM殼的幾何參數(shù)大于臨界幾何參數(shù)時(shí)，F(xiàn)GM殼隨著荷載的增加會(huì)發(fā)生跳躍失穩(wěn)現(xiàn)象，其中臨界幾何參數(shù)與邊界支撐條件，溫度載荷

4、、梯度參數(shù)有關(guān)。
　　 在對(duì)FGM板殼非線性振動(dòng)的分析中，當(dāng)振幅趨近零時(shí)，F(xiàn)GM板殼的振動(dòng)頻率趨近線性解，板的振動(dòng)頻率隨著振幅的增大而升高，而FGM殼的振動(dòng)頻率隨振幅的變化比較復(fù)雜。
　　 在對(duì)FGM板過屈曲變形的分析中，簡(jiǎn)支FGM板的撓度隨著邊界壓力載荷的增加而增加，當(dāng)壓力趨近線性臨界屈曲壓力時(shí)，簡(jiǎn)支FGM板的撓度趨近零。隨著熱載荷參數(shù)的增加，固支FGM板會(huì)發(fā)生屈曲分叉，而簡(jiǎn)支FGM板則不會(huì)。在相同熱載荷作用的條件下，