非均质圆筒磁热冲击下的动态响应分析

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由于圆筒形构件在工程中的广泛应用,圆筒的强度分析尤其是冲击下的强度分析一直以来颇受人们重视。在一些特定的环境中,冲击对圆筒结构的安全性影响不可忽视,往往会成为结构强度和稳定性的安全隐患。随着近几十年来研究工作的不断推进,机械冲击以及热冲击下均质圆筒的强度问题已经得到了较为透彻的研究,而对于非均质圆筒受磁热冲击的动态响应问题的现有研究工作尚不多见。因此,对于圆筒结构受磁热冲击的研究具有重要的工程意义和实际应用价值。本文基于多场影响下轴对称平面应变问题的运动方程和应力-位移关系,应用状态空间技术并借助Newmark法对受磁热冲击的非均质无限长圆筒进行了分析,做了如下几个方面的工作:1)对受热冲击的单层圆筒的动态响应进行分析。均质圆筒的算例表明采用状态空间法和Newmark法相结合得到的计算结果与已有文献结果有着较好的吻合。对受整体热冲击的功能梯度圆筒进行分析,讨论了径向位移、径向应力和环向应力沿径向分布及随时间变化的特点,探索了功能梯度分布因子对位移、应力沿径向分布和随时间变化的影响。对受边界热冲击的功能梯度圆筒的动态响应进行分析,讨论了功能梯度分布因子对温度、径向位移以及径向应力沿径向分布及随时间变化的影响。2)对受轴向磁冲击的单层圆筒的动态响应进行分析。对均质圆筒的计算结果与已有文献结果进行比较,比较表明二者有较好的一致性。对受轴向磁冲击的功能梯度圆筒进行了分析,研究了功能梯度因子对径向位移、径向应力和环向应力沿径向分布和随时间变化的影响。3)对受磁热冲击的双层圆筒的动态响应进行研究,给出了双层均质圆筒、含功能梯度层双层圆筒的径向位移、径向应力和环向应力沿径向的分布和随时间的变化。讨论了磁热冲击中延迟热冲击的延迟时间对位移场与应力场的影响;探索了位移场与应力场随功能梯度分布因子的变化;比较了双层均质圆筒、内层为功能梯度层双层圆筒、外层为功能梯度层双层圆筒的位移场与应力场的不同。状态空间法求解过程简便,计算效率高,尤其适用于层状结构和功能梯度结构的静、动态响应的分析上。
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