變物性二維梯度板熱彈性行為.pdf

1、本文依據(jù)功能梯度結(jié)構(gòu)在熱/機(jī)載下力學(xué)問(wèn)題的研究現(xiàn)狀，應(yīng)用有限元方法對(duì)加熱、冷卻下變物性2D-FGM平面熱彈性問(wèn)題進(jìn)行分析。
　　我們以連續(xù)介質(zhì)力學(xué)為理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)出了變物性FGM平面熱彈性力學(xué)問(wèn)題的控制方程，通過(guò)分別應(yīng)用經(jīng)典變分法和加權(quán)余量法建立起變物性FGM平面熱傳導(dǎo)問(wèn)題和熱應(yīng)力問(wèn)題的變分定理，并導(dǎo)出有限元基本方程。選取變物性Al1100/Ti-6Al-4V/ZrO2FGM、常物性Al1100/Ti-6Al-4V/ZrO2FGM

2、以及變物性Ti-6Al-4V/ZrO2FGM三種主要研究模型，依據(jù)Kerner細(xì)觀力學(xué)模型給出它們的物性參數(shù)。在此基礎(chǔ)之上，根據(jù)有限元基本方程，使用FORTRAN計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編寫了平面網(wǎng)格自動(dòng)劃分程序和變物性FGM平面熱彈性有限元計(jì)算程序，并應(yīng)用數(shù)學(xué)分析方法得到簡(jiǎn)化后的解析結(jié)果，與有限元程序結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)了研究結(jié)果的正確性。最后，應(yīng)用有限元程序進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，首次獲得了加熱、冷卻邊界下變物性2D-FGM平面區(qū)域的瞬態(tài)溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力分

3、布規(guī)律。
　　變物性2D-FGM熱傳導(dǎo)性能的研究結(jié)果表明:組分形狀分布系數(shù)mx和my的增大能迅速提升變物性Al1100/Ti-6Al-4V/ZrO2FGM的導(dǎo)熱能力，加熱時(shí)my從0.05增加到10.0導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部最低等溫線值提高了62％，冷卻時(shí)降低了29.5％;孔隙率控制參數(shù)Ax和Ay的變化可使2D-FGM溫度場(chǎng)分布產(chǎn)生明顯變形，Ay的增大使得等溫線表現(xiàn)出一種縱向化趨勢(shì);常物性加熱、冷卻溫度分布與變物性時(shí)相比等溫線數(shù)值改變不大，但

4、同值等溫線分布位置卻有所不同。
　　變物性2D-FGM熱應(yīng)力分布規(guī)律的研究表明:加熱、冷卻時(shí)mx和my對(duì)FGM結(jié)構(gòu)等應(yīng)力線分布數(shù)值和形狀影響頗大，加熱時(shí)結(jié)構(gòu)下邊界中間位置熱應(yīng)力最大絕對(duì)值由my=0.05時(shí)的240MPa增加到my=10.0時(shí)的720MPa，增長(zhǎng)幅度達(dá)200％;隨Ax和Ay的增大，變物性2D-FGM的熱應(yīng)力分布整體上呈降低趨勢(shì);常物性時(shí)2D-FGM結(jié)構(gòu)與變物性時(shí)相比，在熱應(yīng)力曲線分布形狀和等應(yīng)力線數(shù)值方面均有顯著差異