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功能梯度复合材料板壳结构的弯曲、屈曲和振动 被引量:90
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作者 沈惠申 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2004年第1期53-60,共8页
功能梯度材料通常是由两种如金属和陶瓷复合而成的一种新型非均匀复合材料.由于在这种材料中,各组份材料的体积含量在空间位置上是连续变化的,其物理性能没有突变,因而可较好地避免诸如在纤维增强复合材料中经常出现的层间应力问题或降... 功能梯度材料通常是由两种如金属和陶瓷复合而成的一种新型非均匀复合材料.由于在这种材料中,各组份材料的体积含量在空间位置上是连续变化的,其物理性能没有突变,因而可较好地避免诸如在纤维增强复合材料中经常出现的层间应力问题或降低应力集中现象.功能梯度复合材料目前已被发展用来作高温环境下的结构构件.本文对功能梯度材料板壳结构分析的研究现状进行了评述,集中讨论线性和非线性弯曲、屈曲和后屈曲、振动和动力响应.涉及各种边界条件下薄板壳和中厚板壳受热/机荷载作用的情况,并提出需要进一步研究的方向. 展开更多
关键词 功能梯度材料 板壳结构 弯曲 屈曲 振动 动力响应 复合材料 应力集中现象
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基于一阶剪切变形理论的CNTRC板的自由振动分析 被引量:5
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作者 薛婷 秦现生 +2 位作者 张顺琦 王战玺 白晶 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第24期45-50,共6页
基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形假设(First-order shear deformation theory, FSDT),考虑碳纳米管(Carbon nanotube, CNT)功能梯度材料的不均匀性,建立CNT梯度增强复合薄板结构的自由振动分析模型,模型中考虑了CNT增强体的分布形式... 基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形假设(First-order shear deformation theory, FSDT),考虑碳纳米管(Carbon nanotube, CNT)功能梯度材料的不均匀性,建立CNT梯度增强复合薄板结构的自由振动分析模型,模型中考虑了CNT增强体的分布形式、体积率、边界条件及结构的边厚比等因素对该复合薄板结构自由振动响应的影响。克服了经典板理论中不考虑剪切应力的缺陷,通过四边简支(Simply supported, SSSS)板的振动响应特征验证模型的准确性,利用所建模型对CNT梯度增强薄板结构进行了自由振动分析及模态分析。研究表明:CNT增强复合薄板结构的自振频率随着CNT体积率的增加发生几乎线性化的增长;不同的CNT分布形式对振动频率的影响:X型分布的功能梯度板的自振频率最大,O型分布的功能梯度板的自振频率最小,均一及V型分布的固有频率大小介于两者之间。边界条件对板振动形态的影响:由于四边固支(Clamped,CCCC)的边界条件比SSSS约束性更强,其对于边厚比的变化更灵敏,并且随着宽厚比值的增大,边界条件产生的影响越来越大。CNT增强体分布形式、体积率、结构边厚比及边界条件对复合薄板结构自由振动的频率及振动模态有显著的影响。 展开更多
关键词 一阶剪切变形 碳纳米管 自由振动 模态分析 功能梯度结构
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高碾压混凝土重力坝功能梯度结构变形协调分析 被引量:5
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作者 李明超 沈扬 +1 位作者 张梦溪 徐娜 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期94-102,共9页
高碾压混凝土重力坝中不同功能分区结构界面处往往因材料特性突变而出现破坏与剥离等现象,给工程带来安全隐患。基于新型防渗材料HIAC的特性,在防渗层与主体RCC之间设置过渡层起到辅助防渗及改善分区变形协调的作用,设计了包含矩形、二... 高碾压混凝土重力坝中不同功能分区结构界面处往往因材料特性突变而出现破坏与剥离等现象,给工程带来安全隐患。基于新型防渗材料HIAC的特性,在防渗层与主体RCC之间设置过渡层起到辅助防渗及改善分区变形协调的作用,设计了包含矩形、二阶梯、三阶梯三种过渡层的功能梯度结构布置方案,从"变形协调"的角度出发,改变过渡层弹性模量,利用接触理论,分别研究结构整体与材料界面的应力变形规律。结果表明,当过渡层弹性模量高于主体RCC时,坝体中主拉应力处于较低水平;HIAC与RCC法向与切向变形协调状态良好,综合考虑推荐选用三阶梯过渡层,其弹模不宜低于主体RCC。所提出的变形协调分析方法为保证RCC重力坝的精益建造与安全运行提供新的评判手段。 展开更多
关键词 碾压混凝土重力坝 功能梯度结构 变形协调 有限元法 接触理论
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压电梯度板壳结构热电弹耦合建模与仿真
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作者 王雄 陈倩 +2 位作者 黄钟童 薛婷 张顺琦 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期960-968,共9页
相比于复材层合结构,功能梯度材料不但能提供良好的比刚度,而且降低了分层损伤风险,结构梯度化是高性能结构发展的趋势。针对热电弹耦合下压电梯度结构,基于一阶剪切变形假设,构建了非线性温度梯度耦合下的压电梯度薄壁结构板壳有限元模... 相比于复材层合结构,功能梯度材料不但能提供良好的比刚度,而且降低了分层损伤风险,结构梯度化是高性能结构发展的趋势。针对热电弹耦合下压电梯度结构,基于一阶剪切变形假设,构建了非线性温度梯度耦合下的压电梯度薄壁结构板壳有限元模型,实现高效的压电梯度结构“热-电-弹”耦合数值模拟。推导了压电梯度材料的“热-电-弹”耦合本构模型;假设温度梯度沿厚度方向呈二次变化,构建了2种非线性温度变化物理模型;基于一阶剪切变形假设,推导了多物理场耦合下的板壳有限元方程;采用商业有限元计算结构对本模型的准确性进行了验证,对压电梯度壳体结构进行了参数化仿真。 展开更多
关键词 梯度结构 智能结构 多物理场耦合 非线性温度场 热电弹耦合
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静水压力对粘弹性功能梯度结构力学性能的影响研究 被引量:2
5
作者 李华东 朱锡 +1 位作者 梅志远 张颖军 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第A03期445-448,451,共5页
研究了静水压力对粘弹性功能梯度材料与结构的力学性能的影响。基于粘弹性材料Boltzman-na积分型本构关系式,推导了静水压力作用下粘弹性功能梯度材料的本构关系,并假设其蠕变模量在结构厚度方向上连续变化,组分材料的体积分数呈幂律分... 研究了静水压力对粘弹性功能梯度材料与结构的力学性能的影响。基于粘弹性材料Boltzman-na积分型本构关系式,推导了静水压力作用下粘弹性功能梯度材料的本构关系,并假设其蠕变模量在结构厚度方向上连续变化,组分材料的体积分数呈幂律分布;在此基础上,研究了静水压力引起的粘弹性功能梯度结构横截面材料属性分布、厚度、刚度及功能梯度结构弯曲、屈曲和振动特性的变化,给出了恒定静水压力作用下,不同体积分数指数的粘弹性功能梯度结构厚度与刚度随时间变化的曲线。计算结果表明,在静水压力作用下,粘弹性功能梯度结构的厚度和刚度都发生了变化,并最终导致其弯曲、屈曲和振动性能都发生了较大的变化。 展开更多
关键词 功能梯度材料 功能梯度结构 静水压力 粘弹性 蠕变
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THREE-DIMENSIONAL STATIC ANALYSES FOR FGM PLATES WITH MEDIUM COMPONENTS AND DIFFERENT NET STRUCTURES
6
作者 Hongmei Cheng Zhiyuan Cao 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI 2010年第2期167-174,共8页
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 ... 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. 展开更多
关键词 functionally graded materials medium components different net structures three-dimensional analyses microelement method span-scale analyses
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具有中等组分不同网状结构功能梯度构件的三维动力特性分析
7
作者 程红梅 曹志远 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期7-11,29,共6页
功能梯度材料具有复杂的细部结构,其内部构造远比匀质材料复杂,因此其构件动力分析很难求得其解析解。该文建议一种新颖的功能梯度构件动力分析的细观元法。细观力学研究的目的在于建立材料的宏观性能同其组分材料性能及细观结构之间的... 功能梯度材料具有复杂的细部结构,其内部构造远比匀质材料复杂,因此其构件动力分析很难求得其解析解。该文建议一种新颖的功能梯度构件动力分析的细观元法。细观力学研究的目的在于建立材料的宏观性能同其组分材料性能及细观结构之间的定量关系,它可揭示不同的材料组合具有不同的宏观性能的内在机制。此法可实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过渡分析,而计算单元与自由度又等同一般常规有限元,却使得组成功能梯度材料构件的各种材料细观构造得到反映。通过细观元技术,对具有中等组分不同网状结构功能梯度构件进行三维动力特性分析,并给出其三维固有频率及振型的三维分布,特别是给出了不同网格结构功能梯度板件应力振型的平面等值线图差异。结果表明:不同细观网格结构对功能梯度材料结构三维动力响应有较明显影响。 展开更多
关键词 功能梯度材料 细观元法 中等组分 网状结构 三维动力特性分析
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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
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作者 程红梅 曹志远 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期363-367,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 功能梯度材料 细观元法 网状结构 微变 三维动力特性分析
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功能梯度多孔结构拓扑优化的混合水平集方法 被引量:4
9
作者 付君健 舒正涛 +3 位作者 田启华 杜义贤 周祥曼 徐勇 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第17期249-260,共12页
为解决传统功能梯度多孔结构单胞分布形式单一、几何连续性差的问题,提出了一种功能梯度多孔结构拓扑优化的混合水平集方法。引入权重系数构造隐式水平集函数的仿射,实现了梯度微结构单胞与宏观结构隐式建模。建立全局更新-局部插值的... 为解决传统功能梯度多孔结构单胞分布形式单一、几何连续性差的问题,提出了一种功能梯度多孔结构拓扑优化的混合水平集方法。引入权重系数构造隐式水平集函数的仿射,实现了梯度微结构单胞与宏观结构隐式建模。建立全局更新-局部插值的设计变量更新策略,将几何连续性嵌入拓扑优化模型。以权重系数作为设计变量,结构体积分数为约束,建立了功能梯度多孔结构刚度拓扑优化模型,并采用优化准则算法进行求解。数值算例表明,本方法可有效实现功能梯度多孔结构拓扑优化,丰富了多孔结构单胞的梯度变化形式,保证了不同多孔结构之间的连续性。 展开更多
关键词 拓扑优化 功能梯度多孔结构 混合水平集法 几何连续性
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Vibration analysis of axisymmetric functionally graded viscothermoelastic spheres 被引量:3
10
作者 D.K.Sharma J.N.Sharma +1 位作者 S.S.Dhaliwal V.Walia 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第1期100-111,共12页
The present study focuses on the analysis of free vibrations of axisymmetric functionally graded hollow spheres. The material is assumed to be graded in radial di- rection with a simple power law. Matrix Frrbenious me... The present study focuses on the analysis of free vibrations of axisymmetric functionally graded hollow spheres. The material is assumed to be graded in radial di- rection with a simple power law. Matrix Frrbenious method of extended power series is employed to derive the analytical solutions for displacement, temperature, and stresses. The dispersion relations for the existence of various types of pos- sible modes of vibrations in the considered hollow sphere are derived in a compact form. In order to explore the character- istics of vibrations, the secular equations are further solved by using fixed point iteration numerical technique with the help of MATLAB software. The numerical results have been presented graphically for polymethyl methecrylate materials in respect of natural frequencies, frequency shift, inverse quality factor, displacement, temperature change, and radial stress. 展开更多
关键词 functionally graded Stresses Vibrations Fr6benius - Dispersion - Spherical structures
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承载散热一体化的功能梯度多孔结构拓扑优化设计 被引量:4
11
作者 杜义贤 张跃 +3 位作者 付君健 田启华 周祥曼 王林军 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期1141-1150,共10页
针对多功能结构承载散热一体化需求,提出面向功能梯度多孔结构的拓扑优化设计方法.首先基于三周期极小曲面实现C0连续梯度多孔结构建模;然后引入数值均匀化法计算多孔结构宏观等效弹性张量和宏观等效热传导张量;最后以多孔结构体积分数... 针对多功能结构承载散热一体化需求,提出面向功能梯度多孔结构的拓扑优化设计方法.首先基于三周期极小曲面实现C0连续梯度多孔结构建模;然后引入数值均匀化法计算多孔结构宏观等效弹性张量和宏观等效热传导张量;最后以多孔结构体积分数为设计变量,建立散热弱度和结构柔度最小化加权多目标拓扑优化模型,采用优化准则法求解.数值算例结果表明,相比于单目标拓扑优化设计,该方法通过牺牲较低的散热性能换取较大的承载性能提升,显著地提高了多孔结构的综合性能. 展开更多
关键词 拓扑优化 极小曲面 功能梯度多孔结构 数值均匀化法 承载散热一体化
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多区域变参数功能梯度结构拓扑优化方法
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作者 李智忠 刘龙 +3 位作者 王天赐 彭翔 王柏村 易兵 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期1948-1958,共11页
为了在构件中构造形态多变和性能各异的功能梯度结构,提出一种多区域变参数的功能梯度结构拓扑优化方法,在保证构建结构单元连续性的同时,构建了多区域变参数的功能梯度结构。将设计域划分为多个区域,采用Helmholtz PDE方程对每个区域... 为了在构件中构造形态多变和性能各异的功能梯度结构,提出一种多区域变参数的功能梯度结构拓扑优化方法,在保证构建结构单元连续性的同时,构建了多区域变参数的功能梯度结构。将设计域划分为多个区域,采用Helmholtz PDE方程对每个区域的密度变量进行过滤处理,然后施加不同的局部体积约束;将局部约束整合到传统变密度拓扑优化方法中,达到了不同区域生成不同功能梯度微结构的效果,同时区域之间的结构保持了良好的连续性。最后,通过悬臂梁和简支梁多区域功能梯度结构拓扑优化设计和制造,验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 拓扑优化 功能梯度结构 多区域 变参数
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Microstructures and mechanical behavior of the bimetallic additively-manufactured structure(BAMS)of austenitic stainless steel and Inconel 625 被引量:2
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作者 Md.R.U.Ahsan Xuesong Fan +5 位作者 Gi-Jeong Seo Changwook Ji Mark Noakes Andrzej Nycz Peter KLiaw Duck Bong Kim 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第15期176-188,共13页
Bimetallic additively manufactured structures(BAMSs)can replace traditionally-fabricated functionallygraded-components through fusion welding processes and can eliminate locally-deteriorated mechanical properties aris... Bimetallic additively manufactured structures(BAMSs)can replace traditionally-fabricated functionallygraded-components through fusion welding processes and can eliminate locally-deteriorated mechanical properties arising from post-processing.The present work fabricates a BAMS by sequentially depositing the austenitic stainless-steel and Inconel625 using a gas-metal-arc-welding(GMAW)-based wire+arc additive manufacturing(WAAM)system.Elemental mapping shows a smooth compositional transition at the interface without any segregation.Both materials being the face-center-cubic(FCC)austenite,the electron backscattered diffraction(EBSD)analysis of the interface shows the smooth and cross-interfacecrystallographic growth of long-elongated grains in the<001>direction.The hardness values were within the range of 220-240 HV for both materials without a large deviation at the interface.Due to the controlled thermal history,mechanical testing yielded a consistent result with the ultimate tensile strength and elongation of 600 MPa and 40%,respectively,with the failure location on the stainless-steel side.This study demonstrates that WAAM has the potential to fabricate BAMS with controlled properties. 展开更多
关键词 WAAM Additive manufacturing BAMS functionally-graded structures MICROstructures Mechanical properties
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激光选区熔化成形拓扑优化梯度点阵结构的抗压性能研究 被引量:1
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作者 杨泽凌 徐仰立 《应用激光》 CSCD 北大核心 2023年第5期1-10,共10页
点阵结构具有优异的抗压性能和吸能性能,被广泛应用于生物医疗、车辆工程和航空航天等领域。采用拓扑优化设计和激光选区熔化成形技术(SLM),制备一系列等密度和梯度点阵结构,研究其表面形貌、抗压形变行为和吸能性能。研究结果表明,SLM... 点阵结构具有优异的抗压性能和吸能性能,被广泛应用于生物医疗、车辆工程和航空航天等领域。采用拓扑优化设计和激光选区熔化成形技术(SLM),制备一系列等密度和梯度点阵结构,研究其表面形貌、抗压形变行为和吸能性能。研究结果表明,SLM技术具备成形微小结构的能力,可制备出相对密度大于0.20的点阵结构;等密度点阵结构的抗压形变机制为整体发生弹性屈曲,进而实现致密化,而梯度点阵结构的抗压形变机制为逐层发生形变压实,达到致密化;点阵结构的能量吸收能力值与相对密度成正比,与结构类型无关;能量吸收效率受结构的密度分布影响,梯度点阵结构具有更高的能量吸收效率。 展开更多
关键词 激光选区熔化 拓扑优化 梯度点阵结构 316L不锈钢 压缩行为 吸能性能
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