功能梯度材料圆柱壳振动问题的研究

• 作 者: 钟玉华
• 机 构: 华南理工大学
• 出 处: 华南理工大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 功能梯度材料 功能梯度材料板壳结构 板壳结构自振特性 自振特性动力响应 动力响应

构件中材料成分和性能的突然变化常常会导致明显的局部应力集中,无论该应力是内部的还是外加的。众所周知,如果从一种材料过渡到另一种材料是逐步进行的,这样的应力集中就会大大地降低。功能梯度材料是组分在空间连续变化的一种新型材料,这种材料的显著特点是在宏观尺度上各组分材料的体积含量在空间位置上是连续变化的,其物理意义没有突变,因而可较好的避免或降低应力集中现象。功能梯度材料是具有使用功能、适应环境和可控的先进材料,具有传统复合材料无法比拟的诸多优点,它的最大优势在于结合了陶瓷材料的耐热性和金属材料的抗裂性两种优点。功能梯度材料由于有很好的抗高温性,早期主要用于航天器材料涂层。目前已发展到直接用来做结构构件,并被认为是高温下最有前途的复合材料之一。
功能梯度复合材料板壳结构的自振特性和动力响应是该领域结构分析中起步最早,也是最先取得研究成果的重要方面。本文先后采用解析法,能量法,迦辽金法对功能梯度材料圆柱壳的线性振动进行了理论分析,对比其优劣,然后用迦辽金法分析了功能梯度材料圆柱壳的非线性因素影响下的振动,考虑了多种不同的温度场对线性因素影响下的振动、非线性因素影响下的振动的不同影响,主要完成了下述研究工作：
1.采用解析法、能量法和迦辽金法研究了各种边界条件下功能梯度材料圆柱壳的线性因素影响下的振动,比较分析了三种方法的优劣。
2.研究了温度与温度应力对频率的影响,研究结果表明只有迦辽金法能很好的计及温度效应的影响,温度对频率的影响主要体现在对物性参数的影响中,温度应力对频率的影响很小。
3.采用迦辽金法研究了功能梯度材料圆柱壳的非线性因素影响下的振动,并将结果退化为匀质材料圆柱壳的振动结果,与实验结果进行了对比分析,证明了这种方法的可行性。
4.采用迦辽金法研究了功能梯度材料圆柱壳的非线性热弹耦合振动问题,考虑了不同的温度场对非线性因素影响下振动的影响。