基于分层法的功能梯度材料有限元分析

基于分层法,本文采用有限元模型进行功能梯度材料平面结构的力学分析。将功能梯度材料平面结构划分成若干层,每层的材料参数按函数形式变化。在此分层模型基础上得到同一层的材料参数为常数,然后各层按照常规的有限元方法进行网格划分,建立有限元模型进行功能梯度材料平面结构的力学分析。数值算例表明,功能梯度材料平面结构应力和位移的有限元计算结果与解析解吻合得很好。通过设计组分材料Y-TZP弹性模量的三种工况,讨论了弹性模量梯度系数对有限元计算结果的影响。数值结果显示,弹性模量梯度系数变大对应力和位移的有限元计算结果有影响,对应力的影响较大而对位移的影响较小。     

基于模态应变能变化率法的Euler-Bernoulli功能梯度梁的损伤识别

基于模态应变能,本文提出Euler-Bernoulli功能梯度梁的损伤识别方法。首先利用有限元方法计算Euler-Bernoulli功能梯度梁的单元刚度矩阵和振型模态参数,然后计算单元刚度矩阵与振型的二次积,即得单元模态应变能。在此基础上,根据单元模态应变能损伤前后的变化,给出Euler-Bernoulli功能梯度梁的损伤指标。通过数值算例,验证了Euler-Bernoulli功能梯度梁的损伤识别方法的有效性。数值结果表明,提出的损伤指标能够很好地识别出梁的损伤单元。     

功能梯度经典梁损伤识别模态应变能变化率法的抗噪音性能研究

针对功能梯度经典梁,研究损伤识别的模态应变能变化率方法的抗噪音性能。基于有限元商用软件ABAQUS计算平台,计算功能梯度经典梁自由振动模态参数,并加入一定水平的噪音。用这些含噪音的模态参数仿真实际测量值。模态参数测量噪音模型采用高斯分布模型,并比较了计算噪音水平的三种计算方法。通过数值算例,分析测量噪音对功能梯度经典梁损伤识别的影响。从损伤识别结果可以发现,在1%、2%和5%的噪音水平情况下,均能很好地识别出梁的损伤单元。这表明功能梯度经典梁损伤识别的模态应变能变化率方法具有良好的抗噪音性能。     

基于模态应变能与频率融合方法的功能梯度欧拉伯努利梁损伤识别研究

针对功能梯度欧拉伯努利梁,本文提出了融合结构模态应变能和自振频率的损伤识别新方法。首先通过有限元方法计算得出功能梯度欧拉伯努利梁的自振频率和振型模态参数,然后基于单元模态应变能融合了自振频率,构造了模态频率应变能的计算公式。通过计算出梁结构损伤前后单元模态频率应变能的变化,定义了单元的损伤识别指标。数值算例表明,功能梯度欧拉伯努利梁的损伤识别新方法能够把梁结构存在的损伤单元有效地识别出。从损伤识别结果可以看出该新方法具有较好的抗噪声性能。     

基于模态应变能法功能梯度Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁模型对损伤识别的影响分析

随着功能梯度梁的跨高比从小(厚梁)变到大(薄梁),梁的变形受到剪切变形的影响就会从大变到小。为了准确分析功能梯度梁的变形,跨高比小的厚梁采用Timoshenko梁模型,而跨高比大的薄梁采用Euler-Bernoulli梁模型。采用这两种梁模型进行功能梯度梁自由振动的有限元计算,分析单元刚度矩阵、质量矩阵和模态阵型等存在的差异。通过数值算例,研究了这两种梁模型的差异对模态应变能法的损伤识别指标的影响。对于厚梁,Timoshenko梁模型的损伤指标优于Euler-Bernoulli梁模型;对于很薄的梁(例如,l/h=25时的薄梁),Euler-Bernoulli梁模型的损伤指标优于Timoshenko梁模型。     

浅谈有限差分,有限单元及边界元在位场向上延拓中的应用比较

地球物理数值模拟法即根据地球物理中的偏微分方程和边界条件,用数值方法求场值的近似解。地球物理正演的数值计算方法种类有很多,较常用的方法有三种：有限差分法、有限单元法和边界单元法。本文结合实例对这三种方法的原理及一般步骤给予介绍,然后以位场向上延拓为算例,分别用有限差分,有限元,边界元法对其求解并编制相关程序进行了计算。最后分析总结了这三种方法在数值模拟中的优缺点。     

基于复变量求导法的共轭梯度法及其在热传导反问题边界条件辨识中的应用

为了利用共轭梯度法的计算精度高和收敛速度快的优点, 避免传统共轭梯度法在求解非线性热传导反问题中的微分处理、复杂的推导过程等问题, 给出一种改进的共轭梯度法, 即将复变量求导法引入传统的共轭梯度法, 准确计算了各灵敏度系数, 进而对瞬态非线性热传导反问题进行求解, 并对边界条件进行辨识。算例验证了本文方法的有效性与精度。与传统共轭梯度法相比, 在处理非线性问题方面, 本文方法具有操作简单和精度高的优点。     

超高性能混凝土梯度材料抗超高速侵彻性能数值模拟EI北大核心CSCD

制备了以不同超高性能混凝土(UHPC)为基础的功能梯度混凝土(FGC)靶,研究了提高混凝土材料抵抗超高速射流的方法,开展了功能梯度混凝土防护工程材料抗超高速侵彻性能实验及数值模拟。通过射流侵彻试验,采集靶体的损伤分布、子弹破碎程度、侵彻破坏深度和破坏形态等各个方面的实验数据,进而分析功能梯度混凝土靶体的抗超高速侵彻性能;采用ANSYS/AUTODYN建立有限元计算模型,并与射流毁伤实验数据对照,验证了模型正确性;利用AUTODYN软件预测了射流和超高速弹体侵彻耦合破坏的结果。结果表明:功能梯度混凝土靶板能够有效阻挡超高速射流侵彻,侵彻深度为241 mm;通过数值模拟对射流形成以及侵彻靶板过程进行了分析并验证其有效性,误差为3.7%。     

环氧树脂／聚氨酯梯度聚合物的弯曲性能研究

考察了不同层数的环氧树脂/聚氨酯(EP/PU)梯度聚合物弯曲性能,采用有限元法分析了材料在弯曲状态下的应力分布,从理论上解释了EP/PU梯度材料弯曲性能的试验结果,并与相同组成的均质材料进行了比较.研究发现:EP/PU梯度材料的弯曲强度和模量随梯度层数的增加而增加,当梯度层数超过5层以后,EP/PU梯度材料的弯曲强度高于相同组成的均质材料.有限元分析结果表明:在EP/PU梯度材料中,应力的分布与各层材料承受的强度相匹配,即应力大的部位材料的强度也越大.梯度层越多,各层之间强度变化越小,应力变化越为缓和,且应力分布与材料强度之间匹配越好,在受外力时,材料断裂强度越高.梯度材料中应力分布方式的理论计算结果很好的解释了实测的各种梯度材料强度变化规律.     

功能梯度材料制备方法的研究进展

功能梯度材料作为一种新型的复合材料,因其优异性能得以广泛应用.本文回顾了功能梯度材料的发展历史,综述了功能梯度材料的制备方法,其中包括粉末冶金法、等离子喷涂技术、粉末冶金法、电沉积法以及气相沉积法等,并提出了今后功能梯度材料的研究重点.     

有限元在梯度功能材料研究中的应用

阐述了近年来有限元方法在梯度功能材料成分优化设计,残余热应力分析、瞬间温度场模拟等方面的应用情况.     

梯度功能氧化物电极的电性能研究

首次将梯度法应用于电极材料的制作中,进行了梯度法对电极的表面形貌和电性能影响的一系列实验,包括梯度的组成及变化次数,每次的涂制次数,梯度一层的热氧化温度和时间等。     

有限元的梯度功能材料研究中的应用

阐述了近年来有限元方法在梯度功能材料成分优化设计,残余热应力分析、瞬间温度场模拟等方面的应用情况。     

基于虚拟裂纹闭合法计算组合材料的应变能释放率

本文研究了将虚拟裂纹闭合法应用ANSYS有限元计算软件,计算组合材料的应变能释放率。在有限元计算中,为了减小后处理工作量,将弹簧单元施加在裂纹尖端。在实际的有限元计算中,COMBIN14单元被用来建立有限元模型,从而将求解过程和后处理过程联系起来,自动计算出能量释放率。随后,将该方法应用于计算组合材料的应变能释放率,进行数值模拟实验。通过分析比较数值计算结果和理论值,表明该数值分析方法所计算出的应变能释放率与理论值完全符合,该数值分析方法是一种高效,精确的数值分析方法。     

功能梯度材料圆板在随从力作用下的稳定性

研究了由陶瓷和金属两种材料组成的功能梯度材料(FGM)圆板在非保守随从力作用下的稳定性问题。假设功能梯度材料性质只沿板厚度方向并按成分百分比的幂指数形式连续变化。推导了问题的控制微分方程,打靶法数值求解所得非线性边值问题,获得了两种边界下功能梯度圆板的变形与无量纲随从力之间的关系曲线。讨论了材料梯度指数以及两种边界条件对过屈曲和弯曲行为的影响。数值结果表明,两种边界条件下,各向同性均匀圆板都发生传统意义上的屈曲,而FGM圆板在随从载荷下,当梯度指标P0.1时发生屈曲,当P0.1时只发生弯曲。结果显示,材料的梯度性质和边界条件对弯曲和屈曲行为都有重要影响。     

梯度功能陶瓷圆球的抗热震性

推导和提出了第三类边界条件下梯度功能材料(functionally gradient materials,FGM)圆球的瞬态温度场及瞬态热应力场表达式.基于陶瓷材料的临界应力断裂判据,通过求解梯度功能陶瓷圆球表面达到其局部断裂强度的时间,建立了引起其表面临界热应力的临界温差△Tc的表达式,并以此作为梯度功能陶瓷圆球的抗热震参数.通过计算实例并与均质陶瓷圆球对比,分析了材料的热-物理性能分布规律对其抗热震性的影响,并提出了高抗热震性FGM陶瓷圆球的设计原则:线膨胀系数和热扩散率应由表及里增大,而弹性模量应由表及里减小.     

短纤维的弯曲与缠绕对纤维混凝土材料有效弹性模量的影响分析

本文利用ANSYS平台构建弯曲与缠绕短纤维增强混凝土的二维和三维周期性特征体积单元,从细观数值模拟的角度计算弯曲与缠绕纤维增强混凝土材料的有效弹性模量,分析纤维的弯曲波长与振幅之比、纤维的团聚与缠绕等因素对随机纤维增强混凝土材料有效弹性模量的影响,比较了不同计算方法所得结果的差异。结果表明:短纤维的弯曲、团聚对有效弹性模量影响较大,短纤维的扭结有利于提高混凝土材料的有效弹性模量,均质化法预测弯曲和团聚短纤维的有效弹性模量是可靠的。     

非均质复合材料力学性能分析的多边形有限元方法

有限元方法是材料力学性能分析的主要工具.对于颗粒增强复合材料,其增强相或夹杂多为不规则的多边形,共采用经典有限元分析,需划分稠密的计算网格,降低分析效率.本文以多边形为有限元计算单元,采用Wachspress作为试函数,建立分析非均质材料力学性能的多边形有限元方法,给出形函数计算的简化公式.多边形单元的位移插值采用Wachspress插值,能自动满足不同形状单元间的协调性.计算网格按照材料分布的真实结构划分为若干多边形单元.数值算例验证了多边形有限元在模拟非均质材料力学性能方面的有效性和计算精度.     

孔梯度陶瓷

本文详细论述了孔梯度陶瓷的种类、制造工艺和特性,在此基础上全面介绍孔梯度陶瓷的各种用途。作者研究认为,采用多次浸浆法和被复法可以制造出用于液体精过滤、混合气体催化分离和高温烟气干除尘等方面应用的阶梯状陶瓷膜孔梯度陶瓷和陶瓷纤维膜孔梯度陶瓷。     

高分子功能梯度材料的研究进展

通过不同聚合物材料以及聚合物与其它材料的巧妙梯度复合得到的高分子功能梯度材料，目前已成为材料领域的重要分支。本文从高分子功能梯度材料的类型、制备方法和应用等方面，综述了高分子功能梯度材料近年来的研究进展。