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《河北工程大学》 2010年
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基于FEM的二维FGM板平面热应力研究

王玲玲  
【摘要】: 本文针对以往由Al1100和SiC两种材料组成的一维FGM金属/陶瓷结构研究模型,提出以更具一般性的新型二维FGM Al1100/Ti-6Al-4V/SiC结构作为研究模型,此模型为两个方向呈梯度变化的二维FGM结构;采用符合实际的细观力学预测的二维FGM热力学物性参数模型,编写适用于该新型结构实用计算的程序,通过数值计算和分析,研究第一类加热边界条件下,采用二维FGM热力学物性参数模型时二维FGM金属/金属/陶瓷结构稳态温度场和应力场随m_x和A_x的变化规律,以及热力学边界对应力场的影响规律,并与只考虑物性参数沿厚度方向变化时一维FGM金属/陶瓷结构的结果进行对比。 二维FGM结构温度场的研究结果表明: 二维FGM平板内平均温度梯度相对较小。m_x=0.5时的二维FGM平板金属富集区温度梯度相对较大,最大温差比一维时增大了15.6%,但陶瓷富集区温度梯度相对较小,最大温差减小了53%。随着A_x的增大,二维FGM平板内温度曲面的形状由A_x =0.0时的凹曲面变为A_x =3.99时的凸曲面,尤其在板中x =0.1~0.5,y =0.2~0.5范围内变化趋势最明显。 二维FGM结构应力场的研究结果表明: 随m_x的增大,下表面金属侧的压应力减小,上表面陶瓷侧的压应力增大。二维FGM板的应力曲面在y方向较一维FGM板中变化趋势缓和,应力梯度较小。A x越大,曲面上拱程度越大,应力梯度越小,尤其在x =0.1~0.5, y =0.2~0.5范围内变化最明显,其它位置变化不大。相同力学边界下的二维FGM板内热应力曲面较一维板内平缓,曲面的弯曲程度较小,尤其是边界处的应力减小情况更加明显。此外热学边界条件对二维FGM平板内的热应力也有影响。 通过对二维FGM平板温度场和应力场进行的研究,使其边界条件更接近于FGM结构实际使用情况,为二维FGM结构的设计、优化和应用提供了更为全面、具体的计算依据。
【学位授予单位】:河北工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB34

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