梯度材料球罐热弹性应力分析

对梯度材料球罐承压条件下的热弹性响应进行分析,通过求解应力控制方程分别考察不同弹性梯度因子和温差梯度因子对球罐中应力分布的影响。分析结果表明,即使不考虑梯度温差应力的影响,梯度材料球罐的最大环向应力也不总在球罐的最内层,而是取决于材料的弹性梯度分布;并且,不同球罐壁厚下,弹性梯度因子对球罐应力分布的影响作用也明显不同。随着温差梯度因子的增加,球罐中径向应力将从完全受压状态转变为部分受拉状态,而球罐内外壁的环向应力差值也随之增大。     

机械载荷作用下梯度多孔材料圆板非线性力学行为的研究

基于一阶剪切变形圆板理论,应用最小势能原理,推导了梯度多孔材料圆板在径向载荷与横向载荷共同作用时的控制微分方程及边界条件,并将其退化为经典板理论下的结果.利用打靶法求解圆板非线性力学行为的数值解,并根据结果分析了梯度多孔材料的性质、机械载荷及边界条件等因素对圆板非线性力学行为的影响.     

功能梯度压电材料壳体热残余应力

功能梯度压电材料结构成型冷却后会出现热残余现象,影响结构强度.借鉴复合材料层合结构的研究方法,将功能梯度压电材料球壳和圆柱壳沿厚度分为若干层,各层视为均匀材料,根据层间连续条件导出递推关系,得到显式的力—电—热多场耦合热残余解.统一了多层功能梯度压电材料壳体和连续功能梯度压电材料壳体热残余解.对于前者,其解为精确解;对于后者,其解为渐近解,随层数增加而收敛于精确解.其解也适用于功能梯度压电材料涂层.该方法对材料性能的变化方式(函数)没有要求,适应性强.并讨论影响热残余应力和界面强度的因素,球壳因双曲率的影响,热残余应力显著大于柱壳.     

循环载荷下热疲劳裂纹的应力强度因子

为揭示循环温度载荷对热疲劳裂纹应力强度因子的影响规律,考虑材料的多线性塑性随动强化性质,用有限元法计算多种循环载荷作用下裂尖点的应力-应变和热疲劳裂纹的应力强度因子。该应力强度因子值由裂尖附近压缩塑性应变的累积量决定。压缩塑性应变对温度载荷的作用次序敏感,因此应力强度因子也受到温度载荷的作用次序的影响。恒温度幅循环条件下,如果不考虑裂纹扩展,热疲劳裂纹的应力强度因子不随循环次数变化。变温度幅循环条件下,低温循环不会影响其后的高温循环应力强度因子;高温循环却影响其后的低温循环应力强度因子,并使得低温循环的应力强度因子与高温循环的应力强度因子相同,因此突发的高温载荷严重威胁高温构件的寿命。热疲劳裂纹扩展试验证明了有限元计算结果的正确性。     

蠕变条件下梯度材料球罐应力应变行为分析

推导内外压载荷下梯度材料球罐与时间相关行为的解析公式,在此基础上分别分析弹性梯度分布和蠕变梯度分布对球罐蠕变应力应变的影响.计算结果表明弹性参量的梯度变化只对蠕变初始阶段应力分布有影响,当蠕变应力达到稳态值后,球罐中的应力水平将只取决于蠕变参量的梯度分布;而蠕变应变分布则同时与材料的弹性和蠕变两种梯度变化有关.就降低梯度材料球罐蠕变应力应变值进行探讨,为梯度材料球罐的结构设计和优化提供基本的理论依据.     

承压梯度材料球罐与时间相关应力分析

对梯度材料球罐蠕变条件下的应力行为进行分析.在弹性解的基础上,通过求解应力变化率微分方程,获得任意蠕变梯度分布下应力分量的解析解.在此基础上分别对蠕变参数沿壁厚呈线性递增和线性递减两种梯度分布进行探讨.分析结果显示,材料的蠕变梯度不仅决定各应力分量沿壁厚的分布和大小,还对蠕变应力随时间的发展变化起重要作用.文中对时间步长的选取也作了进一步探讨,为分析梯度材料球罐与时间相关行为提供理论依据.     

循环热-机械双轴载荷下薄壁圆筒的热棘轮极限

热棘轮失效是薄壁圆筒的主要失效模式之一,现有ASME锅炉及压力容器规范和EN13445等设计标准主要考虑环向应力,而未考虑轴向应力条件,使得设计结果可能偏于不安全。针对循环热-机械双轴载荷下薄壁圆筒热棘轮设计理论的不足,采用非循环分析方法系统研究双轴应力状态下薄壁圆筒热棘轮极限的解析解,重点考虑轴向压缩应力对循环温度梯度和稳定内压组合载荷下薄壁圆筒热棘轮极限的影响,并提出相应的设计方法,并采用有限元法对理论结果进行验证。结果表明,循环热-机械载荷下轴向压缩应力会显著降低薄壁圆筒的热棘轮极限,且理论解与有限元分析结果吻合良好,这说明此方法可用于循环热-机械双轴载荷及类似工况下薄壁圆筒的热棘轮设计限,具有良好的工程价值。     

含共线裂纹功能梯度材料断裂问题分析

应用分层原理分析了具有不同弹性模量含共线双裂纹的功能梯度材料断裂问题。通过积分变换得到嵌入功能梯度材料裂纹的应力场和位移场,结合边界条件、连续条件及单个裂纹的应力场和位移场,将求解该裂纹问题转化为求解奇异积分方程组。通过求解奇异积分方程组得到裂纹的应力强度因子。最后针对材料弹性模量和裂纹几何参数对应力强度因子的影响进行了探讨。结果表明材料弹性模量分布形式对裂纹的应力强度因子影响显著,该结果可为功能梯度材料制备及材料设计等提供理论依据。     

功能梯度涂层热残余应力

涂层中的残余应力严重影响着涂层零件的机械完整性与操作可靠性。对于功能梯度涂层,由于各界面位移协调条件的限制,很难得到涂层内部残余应力的闭合解。基于传统的悬臂梁理论,获得了功能梯度涂层热残余应力的闭合解;这一分析模型的优点是残余应力的闭合解与涂层层数无关。讨论了采用传统的近似解所带来的误差, 针对含不同层数的ZrO2/NiCoCrAlY功能梯度涂层内部的残余应力进行了计算。另外,对应力诱导的涂层失效模型也进行了分析。     

SiC/Al梯度功能材料热应变测试与有限元分析

SiC/Al梯度功能材料各梯度层由不同体积浓度的陶瓷和金属组成,由于该材料性能为梯度变化,克服了双材料界面的应力突变.文中采用云纹干涉法,对具有四个梯度层的SiC/Al梯度功能材料分别在机载、热载及两者共同作用下进行应变测试,分别得到这三种情况下每梯度层同一位置的纵向应变、横向应变和剪应变值.将实验结果与有限元结果进行分析比较,同时与SiC和Al所组成的双材料进行比较,论证在同样的工况条件下,功能梯度材料的优越性.     

梯度功能陶瓷刀具的热应力分析

运用有限元法计算了梯度功能陶瓷刀具内的热应力,结果表明,在切削速度较低的情况下,梯度功能陶瓷刀具内的热应力与普通陶瓷刀具内的热应力相比差别不大;而在高速切削条件下,梯度功能陶瓷刀具内的热应力明显小于普通陶瓷刀具,说明梯度功能陶瓷刀具适应于高速切削。     

功能梯度涂层中的Ⅲ型周期裂纹问题

利用分层模型研究功能梯度涂层中的Ⅲ型周期裂纹问题,借助Fourier级数及传递矩阵技术,可将该边值问题化为求解Hilbert奇异积分方程,数值求解该方程即可得到应力强度因子.数值结果表明,当裂纹较密且裂纹相对较短时,裂纹之间的相互作用比较明显;材料剪切模量在厚度方向上的变化对应力强度因子具有较大的影响.     

换热边界下变物性梯度功能材料板瞬态热应力

用有限元和有限差分法,分析了由ZrO2 和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板的瞬态热应力问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下变物性梯度功能材料板的瞬态热应力场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较。结果表明：在计算瞬态热应力场分布时,变物性是影响梯度功能材料板瞬态热应力场的最重要因素之一。此外,材料组分的分布形状系数 M、环境介质温度和对流换热系数的变化对变物性梯度功能材料板的瞬态热应力场分布均有明显的影响。此结果为梯度功能材料的设计和应用提供了理论计算依据。     

内压及扭矩载荷下无缺陷弯管的应力分析

分析在内压或扭矩载荷作用下非均匀壁厚椭圆弯管的应力分布，结果表明内压引起的最大应力随着弯管的截面不均匀度而变化，由此解释了工程实际中弯管失效的原因，同时也为求解弯管的塑性极限载荷奠定了基础。     

内压及扭矩载荷下无缺陷弯管的塑性极限载荷

弯管在管线中通常是承受应力较大的元件，极限载荷相应较低。为充分发挥结构的塑性极限承载能力，对弯管的塑性极限载荷进行理论分析，利用von Mises屈服准则，推导出内压和扭矩联合载荷作用下等厚弯管、非均匀壁厚椭圆弯管的塑性极限压力。实验验证了理论分析的正确性。