功能梯度材料结构在热冲击下的动力屈曲研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xujin2003cn
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梁和板都是工程中广泛应用的基本结构,且经常受到热冲击载荷作用(如:气动加热,激光加热等)。在热冲击过程中,由于温度的急剧变化,物体内部会产生动态热应力,导致物体迅速变形,对这些量进行定量分析具有重要的理论与实际应用价值。本论文假设功能梯度复合材料的物理性能参数为沿厚度方向按照幂函数形式连续变化,研究功能梯度梁和圆板受均匀热冲击载荷作用时的动力屈曲,主要内容如下:  基于Euler-Bernoulli梁理论和经典板理论,在Hamilton体系下研究功能梯度材料梁和圆板在热冲击载荷作用下的动态屈曲,其中假设圆板的下表面受两种不同的均匀热冲击载荷作用,并考虑轴对称屈曲。考虑一维热传导问题,基于Fourier热传导定律,采用Laplace变换方法和微分方程幂级数解法相结合求解,得到了热冲击作用下的功能梯度梁和圆板内部的动态温度场。在辛空间中,将功能梯度梁和圆板的屈曲问题归结为系统的零本征值问题,梁和圆板的临界载荷与屈曲模态分别对应于Hamilton体系下的辛本征值和本征解问题。由分叉条件求得屈曲模态和临界热轴力,反解得到功能梯度梁和圆板的临界屈曲升温载荷。研究建立了功能梯度梁和圆板热冲击屈曲特性的辛求解方法,讨论了材料的梯度特性、结构几何参数和热冲击载荷参数对屈曲升温的影响。  研究结果表明:结构的长细比和冲击载荷作用时间都对屈曲升温有较大影响,但换热系数和冲击载荷参数对功能梯度结构的屈曲升温影响很小;同时研究发现,功能梯度结构比均质结构更具有优势;在材料的制备过程中可以通过适当调整材料的组分含量来改变结构的屈曲升温。采用Hamilton体系下的辛方法可有效求解功能梯度结构的冲击屈曲问题,绕开了经典弹性力学解偏微分方程的瓶颈,容易得到问题的解答。  本文的研究成果对结构热冲击力学性能的研究具有积极意义,对于功能梯度复合材料结构的工程实际应用及结构优化设计具有一定的理论指导价值。
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