热机耦合下功能梯度圆筒结构的动力学行为分析

• 作 者: 饶燕妮
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 功能梯度材料 圆筒结构 热机耦合 动力学行为 平面应变问题

功能梯度材料是一种多相材料，其材料的微观组成和性能随位置状态呈现连续分布，从而可将性能各异的材料按照设计的意愿在结构内部非均匀、连续地合成新型材料，以满足结构元件不同部位对材料使用性能的不同要求，达到优化结构整体使用性能的目的。如今，功能梯度材料以其优良可控制的材料特性已经在航天工业、核能源、燃气涡轮发动机、土木工程和微型机械系统等诸多领域获得了广泛的应用。从力学角度看，功能梯度材料参数在空间上连续变化使得控制弹性方程为变系数的偏微分方程，从而给功能梯度材料的热力动力学问题的研究带来了一定的难题。本文以功能梯度圆筒结构为研究对象，综合考虑温度场效应和机械荷载作用，根据弹性力学平面应变问题的基本方程，导出了功能梯度圆筒结构在热机耦合作用下的控制微分方程。假设功能梯度材料的物理性能参数沿结构的厚度方向呈幂函数形式连续变化，综合利用有限差分法、Newmark法、迭代法以及快速傅立叶变换法研究了热机耦合下无限长的功能梯度圆筒的动力学行为；热机耦合下含功能梯度材料层的双层圆筒的动力学行为；稳态温度场下无限长功能梯度圆筒的二维动力学行为；热冲击下功能梯度圆筒的非线性动力学行为。通过具体算例，讨论和分析了材料参数、结构几何参数和边界条件等对功能梯度圆筒结构的动力学行为的影响。本论文工作将丰富和发展智能材料与结构力学和热弹性力学，同时为功能梯度结构的安全评定、优化设计和实验检测等提供理论依据，具有重要的理论和工程应用价值。