中等组分网状结构局部微变对功能梯度板三维动力特性的影响

利用细观元方法根据材料实际金相图片信息进行材料参数输入,对发生局部网格变化的功能梯度板件进行三维动力特性分析,完成了材料细观结构与构件宏观响应间的跨尺度分析.细观元法在结构的常规有限元内部设置密集的细观单元来反映材料细观构造,此方法可实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过渡分析,为具有细观结构微观变化的功能梯度板件的分析提供一种新的工具.利用细观元法对具有中等组分网状结构发生局部微变的功能梯度板进行三维动力特性分析,给出其固有频率及振型的三维分布,特别是功能梯度板应力振型的平面等值线图差异,得到较好的结果.     

具有不同功能梯度分布函数的板件的三维分析

发展了一种新颖的功能梯度结构分析的细观元法。细观元法对结构的常规有限单元内部设置密集细观单元以反映材料特性梯度变化,又通过协调条件将各细观元结点自由度转换为同一常规有限元自由度,再上机计算。这种细观元法既能充分反映材料功能梯度变化特性;而其计算单元又和常规有限元一样,是一种针对功能梯度结构分析的有效数值方法。文中通过细观元技术进行计算、分析,给出了具有不同功能梯度分布函数板件的力学量三维分布形态。     

沿板平面材料梯度变化功能材料板件分析

本文发展一种功能梯度构件分析的细观元法.细观元法在构件的常规有限元内部设置密集观细单元以反映材料特性变化,又通过协调条件将各细观元结点自由度转换为同一常规有限元自由度,再上机计算.这种细观元法既能充分反映材料功能梯度沿各方向任意变化特性;而其计算单元又和常规有限元一样,是一种针对功能梯度结构分析的有效数值方法.现有功能梯度板件分析中无论对不同形状还是不同边界的功能梯度构件,其材料特性均沿板厚度方向梯度变化,本文用细观元法进行计算与分析,给出了目前尚未得到的沿板平面方向功能梯度变化构件的力学量三维分布形态.     

功能梯度材料构件三维分析的细观元模型

提出一种新颖的功能梯度构件分析的细观元法,给出了方法模型、基本算式及特点与功能。细观元法对构件的常规有限单元内部设置密集细观单元以反映材料特性梯度变化,又通过协调条件将各细观元结点自由度转换为同一常规有限元自由度,再上机计算。这种细观元法既能充分反映材料功能梯度及组分变化特性,而其计算单元与自由度又与常规有限元一样,是一种针对功能梯度构件分析的有效数值方法。算例表明了细观元法对不同情况下功能梯度构件分析的适应性与精度。     

基于金相图片识别功能梯度材料参数的梯度分布函数

功能梯度材料具有复杂的细观结构.其内部构造远比匀质材料复杂.以目前的实验条件,测量功能梯度材料参数分布函数一般是十分困难的.该文提出一种细观元方法,直接利用功能梯度材料金相图片信息,来进行功能梯度构件宏观响应的跨尺度力学分析.另在功能梯度材料结构静、动力正演分析基础上,根据正演所求得的挠度或固有频率值,采用混和罚函数法来反演识别功能梯度材料参数的宏观梯度分布函数.     

反映材料微观结构效应的宏观动力特性分析

探讨了实现复合材料细观结构与构件宏观动力特性直接关联的细观元法。细观元法先进行宏观单元剖分，然后分析细观结构，将微结构力学量转化为宏观结点量计算。该方法不增加自由度，但使得微结构层次上任意铺设方式和任意微小变化均能在宏观动力特性上得到反映。     

非匀质材料板的微结构优化设计

探讨具有微结构构造的非匀质材料构件在微结构层次上的优化设计,即寻求满足构件宏观性能要求的最佳微结构材料与构造参数。文中采用细观元法确定非匀质材料构件宏观性能与材料微结构参数间定量关系,建立起微结构优化设计数学模型,具体分析了复合材料板件满足强度、刚度要求的最佳微结构参数。有关方法可适用于复合材料、功能梯度材料、智能材料等新材料构件。     

基于遗传算法的复合材料细观结构拓扑优化设计

利用高精度通用单胞模型将复合材料的细观拓扑结构与宏观力学性能结合起来,采用遗传算法对复合材料的细观结构进行优化,发展了基于遗传算法的复合材料细观结构拓扑优化设计方法.以材料的宏观力学性能为优化目标,从随机的初始细观结构出发,对复合材料纤维体积百分比进行约束,经过迭代获得满足设计要求的代表性体积单元.在优化过程中,对遗传算法的交叉过程作了较大的改进,实现了复合材料细观拓扑结构的任意变化,提高了对可行域的搜索效率.分别以极限剪切模量和泊松比为优化目标,验证了所提出优化方法的正确性和有效性.     

复合材料应力分析的均匀化方法

建立了基于均匀化理论的确定复合材料结构应力场的方法．其实质是用均质的宏观结构和非均质的具有周期性分布的细观结构描述原结构；将力学量表示成关于宏观坐标和细观坐标的函数，并用细观和宏观两种尺度之比为小参数展开，用摄动技术将原问题化为一细观均匀化问题和一宏观均匀化问题．这两个问题的解确定了包含等效位移和一阶近似位移的位移场，由此获得应力场．利用该方法给出了圆柱形孔隙材料和单向纤维复合材料在单向拉伸时的应力场以及空隙材料简支梁的局部应力场，说明了该方法的有效性     

功能梯度材料与结构的若干力学问题研究进展

功能梯度材料的宏观材料特性在空间上是连续变化的,因此即使在线弹性理论范围内,由于控制偏微分方程是变系数的,相应的力学分析具有很大的挑战性.综述了功能梯度材料与结构若干力学问题的最新研究进展,包括功能梯度材料梁、板、壳结构的解析解与半解析解以及简化理论的研究、功能梯度材料结构的数值计算方法研究、功能梯度材料的断裂力学研究.最后对未来功能梯度材料与结构的力学研究进行了展望.     

THREE-DIMENSIONAL STATIC ANALYSES FOR FGM PLATES WITH MEDIUM COMPONENTS AND DIFFERENT NET STRUCTURES

A new microelement method for the analyses of functionally graded structures was proposed. The key of this method is the maneuverable combination of two kinds of elements. Firstly, the macro elements are divided from the functionally graded material structures by the normal finite elements. In order to reflect the functionally graded distributions of materials and the microconstitutions in each macro-element, the microelement method sets up the dense microelements in every macro-element, and translates nodes to the same as the normal finite elements by the degrees of freedom of all microelemental the compatibility conditions. This microelement method can fully reflect the micro constitutions and different components of materials, and its computational elements are the same as the normal finite elements, so it is an effective numerical method for the analyses of the functionally graded material structures. The three-dimensional analyses of functionally graded plates with medium components and different micro net structures are given by using the microelement method in this paper. The differences of the stress contour in the plane of functionally graded plates with different net microstructures are especially given in this paper.     

AXISYMMETRIC BENDING OF TWO-DIRECTIONAL FUNCTIONALLY GRADED CIRCULAR AND ANNULAR PLATES

Assuming the material properties varying with an exponential law both in the thick- ness and radial directions,axisymmetric bending of two-directional functionally graded circular and annular plates is studied using the semi-analytical numerical method in this paper.The de- flections and stresses of the plates are presented.Numerical results show the well accuracy and convergence of the method.Compared with the finite element method,the semi-analytical nu- merical method is with great advantage in the computational efficiency.Moreover,study on ax- isymmetric bending of two-directional functionally graded annular plate shows that such plates have better performance than those made of isotropic homogeneous materials or one-directional functionally graded materials.Two-directional functionally graded material is a potential alter- native to the one-directional functionally graded material.And the integrated design of materials and structures can really be achieved in two-directional functionally graded materials.     

一维准晶功能梯度层合圆柱壳热电弹性精确解

两种或多种不同性质材料组成的层状结构可以满足工业发展的需求. 然而, 材料属性在接触面的突变问题, 容易导致层间界面处产生应力集中、裂纹以及分层等问题. 功能梯度材料利用连续变化的组分梯度来代替突变界面, 可以消除界面处的物理性能突变, 提高结构的粘结强度. 本文以一维准晶功能梯度层合圆柱壳为研究对象, 利用类Stroh公式和传递矩阵方法, 建立了材料参数沿径向呈现幂函数变化的层合圆柱壳模型, 获得了简支边界条件对应的一维准晶功能梯度层合圆柱壳的热电弹性精确解. 数值算例中讨论了层合圆柱壳内外表面承受温度载荷时, 功能梯度指数因子对温度场、电场、声子场和相位子场的影响, 尤其是对层合圆柱壳内外表面的影响. 结果表明, 指数因子改变了材料参数的空间分布情况, 进而对温度场、电场、声子场和相位子场都有影响; 增加功能梯度指数因子, 可减小温度载荷引起的内表面变形, 进而提升结构强度. 本文得到的结果可以为功能梯度准晶层合圆柱壳的设计和制造提供可靠的理论依据.      

EXACT THERMO-ELECTRO-ELASTIC SOLUTION OF FUNCTIONALLY GRADED MULTILAYERED ONE-DIMENSIONAL QUASICRYSTAL CYLINDRICAL SHELLS 1)

两种或多种不同性质材料组成的层状结构可以满足工业发展的需求. 然而, 材料属性在接触面的突变问题, 容易导致层间界面处产生应力集中、裂纹以及分层等问题. 功能梯度材料利用连续变化的组分梯度来代替突变界面, 可以消除界面处的物理性能突变, 提高结构的粘结强度. 本文以一维准晶功能梯度层合圆柱壳为研究对象, 利用类Stroh公式和传递矩阵方法, 建立了材料参数沿径向呈现幂函数变化的层合圆柱壳模型, 获得了简支边界条件对应的一维准晶功能梯度层合圆柱壳的热电弹性精确解. 数值算例中讨论了层合圆柱壳内外表面承受温度载荷时, 功能梯度指数因子对温度场、电场、声子场和相位子场的影响, 尤其是对层合圆柱壳内外表面的影响. 结果表明, 指数因子改变了材料参数的空间分布情况, 进而对温度场、电场、声子场和相位子场都有影响; 增加功能梯度指数因子, 可减小温度载荷引起的内表面变形, 进而提升结构强度. 本文得到的结果可以为功能梯度准晶层合圆柱壳的设计和制造提供可靠的理论依据.     

功能梯度板的非线性动力分析

非线性材料功能梯度板件的动力分析是属于在数学方程上同时具有变系数、非线性、非定常特征的固体力学问题.文中首先将问题的变系数非线性偏微分方程组转化为各向异性常系数非线性常微分方程,然后用小参数法求得解析解,适用于各种形状、边界及功能梯度分布的板件非线性弹性振动分析.     

功能梯度碳纳米管增强复合材料结构建模与分析研究进展

功能梯度碳纳米管增强复合材料是一种新一代的先进复合材料。在这种材料中,碳纳米管作为增强体在空间位置上梯度排布。功能梯度碳纳米管增强复合材料的力学行为已成为近年来材料科学与工程科学的研究热点。本文对功能梯度碳纳米管增强复合材料结构的建模与分析的研究进展进行评述,集中讨论功能梯度碳纳米管增强复合材料梁、板、壳在各种载荷条件下,边界条件下和环境条件下的线性和非线性弯曲、屈曲和后屈曲、振动和动力响应。文中所列成果可以看作是进一步研究的基石。最后,提出需要进一步研究的方向。