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《浙江大学》 2005年
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功能梯度材料板壳结构的耦合问题研究

边祖光  
【摘要】:功能梯度材料(Functionally graded material,简写FGM)是一种特殊的非均匀材料。自从1984年日本科学家首次提出其设计概念以来,FGM在制造、设计和应用方面引起了广大学者的极大关注。虽然提出FGM的最初设想是作为热隔栅应用于航空航天领域,但目前发现它在电子、化学、核能、光学、声学、生物医学及土木工程等诸多领域,都有十分广阔的应用前景。对FGM结构力学行为的研究,既有丰富非均匀材料力学的需要,也有实际工程应用的需要。 FGM的不均匀性,给FGM结构的理论分析增加了难度。目前对FGM结构的力学研究有很大一部分利用了建立在均匀材料基础上的假定和理论,这种做法的合理性值得商讨。本文首先利用状态空间法结合三角级数展开技术,对简支的FGM梁、板、圆柱壳结构进行了弹性理论分析。FGM的不均匀性,使得状态方程具有变系数的特性,为此文中引入层合模型进行分层近似处理。由于状态方程直接从弹性力学基本方程导得,没有引入任何有关应力和位移的假定,因此所得结果可以作为其它各种简化理论和数值方法的检验标准。通过分析发现,改变FGM的不均匀程度,可以明显改变FGM结构的静力和动力响应。因此工程设计中可以通过调整FGM的梯度指标(反映FGM材料常数分布情况的量),达到设计目的。 压电FGM结构是一种新型的智能结构,其应用越来越广泛。由于制造时存在的缺陷,或服役时出现的损坏,或人为特意的设置,压电层与FGM之间的粘结面有时会变得非完美。本文采用线性弹簧模型,引入界面传递矩阵,对此进行了分析,讨论了界面特性对智能结构响应的影响。 本文还采用了Soldatos提出的层合板简化理论,对各种边界条件下单跨和多跨FGM板的柱形弯曲进行分析。与传统简化理论预先给定厚度向位移分布函数不同,Soldatos理论用一个位移分布形函数来描述位移沿厚度向的变化,通过求解三维平衡方程来确定这个形函数,可以反映材料不均匀性对厚度向位移分布的影响。其中形函数的确定、单跨平衡方程的求解以及多跨FGM板的传递都采用了状态空间法,提高了计算效率。通过对比发现,传统的经典薄板理论、一阶剪切变形理论和Rdddy的三阶剪切变形理论,在分析FGM结构时,都会由于材料的不均匀性而使计算精度降低。 在上述工作中,本文考虑了多个耦合因素,包括结构与弹性介质的耦合、圆柱壳与流体的耦合;力场与温度场的耦合、力场与电场的耦合。这些耦合因素同样会影响FGlM结构的静力和动力响应,对FGM结构的服役设计具有重要的指导意义。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TU399

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 方诗圣;柳彬彬;王建国;;功能梯度压电矩形板热机电耦合三维分析[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2008年03期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 杨博;横观各向同性功能梯度板弯曲问题的弹性力学解[D];浙江大学;2011年
2 张会占;功能梯度材料结构的随机动态断裂与可靠性研究[D];汕头大学;2011年
3 梁旭;水下爆破荷载作用下层合板动力响应计算方法研究[D];浙江大学;2011年
4 吕朝锋;基于状态空间架构的微分求积法及其应用[D];浙江大学;2006年
5 李翔宇;横观各向同性功能梯度圆板和环板的轴对称问题[D];浙江大学;2007年
6 郭永强;回传射线矩阵法的理论及其应用[D];浙江大学;2008年
7 赵莉;功能梯度材料平面问题的辛弹性力学解法[D];浙江大学;2010年
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1 张志伟;夹FGM金属/陶瓷复合板变物性稳态热力行为研究[D];河北工程大学;2010年
2 张志强;功能梯度圆板的分岔与混沌[D];燕山大学;2010年
3 许在明;功能梯度压电板的静力问题研究[D];合肥工业大学;2006年
4 柳彬彬;功能梯度压电材料矩形板热—电—机械耦合三维分析[D];合肥工业大学;2007年
5 苏侠杰;无限长FGM圆筒稳态热应力的有限元研究[D];河北工程大学;2008年
6 杨雪飞;沿厚度方向功能梯度柱形板的弯曲分析[D];南昌大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 张琳楠,石志飞;简支梯度压电梁的解析解[J];北方交通大学学报;2002年01期
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【共引文献】
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6 张伟林;计算力学的研究现状与发展前景[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2001年02期
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8 刘杰斌;;功能梯度材料厚板的三维弹性分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2006年03期
9 程显文;陶玲;关群;;各向异性矩形叠层板两种解的对比[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2007年01期
10 柳彬彬;方诗圣;;细观结构参数对功能梯度压电板的力场和挠度场的影响[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姚伟岸;胡小飞;;裂纹表面受任意荷载问题分析的解析奇异单元[A];第七届海峡两岸工程力学研讨会论文摘要集[C];2011年
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6 陈伟球;丁皓江;王亚明;;轴向极化的层合压电圆柱壳的自由振动[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年
7 陈英杰;鲍东杰;付宝连;;任意一点作用集中荷载与简支矩形厚板的弯曲[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年
8 边祖光;王亚明;陈伟球;;Winkler地基上功能梯度材料矩形厚板的自由振动[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2001年
9 王光钦;;关于弹性力学课程体系和内容的几点思考[A];海峡两岸力学教学—教学经验与教学改革交流会论文集[C];2002年
10 黄干云;汪越胜;余寿文;;功能梯度涂层中的Ⅲ型周期裂纹问题[A];第十二届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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4 陈景杰;含裂纹损伤船体结构强度分析方法研究[D];大连理工大学;2011年
5 张恒良;动力机械应用功能梯度材料寿命评估与优化研究[D];华中科技大学;2011年
6 曲磊;多场耦合电磁弹性体的基本理论与计算方法研究[D];合肥工业大学;2011年
7 张澜;缺项算子矩阵的补和无穷维Hamilton算子的谱[D];内蒙古大学;2010年
8 王华;无穷维Hamilton算子的特征值问题[D];内蒙古大学;2011年
9 杨博;横观各向同性功能梯度板弯曲问题的弹性力学解[D];浙江大学;2011年
10 张会占;功能梯度材料结构的随机动态断裂与可靠性研究[D];汕头大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐广涛;二维压电/电磁介质混合广义不连续位移—基本解方法[D];郑州大学;2010年
2 刘小顺;压电智能结构的有限元仿真与实验研究[D];大连理工大学;2010年
3 王甲世;纳米压痕法确定横观各向同性压电薄膜的力电耦合系数[D];湘潭大学;2010年
4 朱传锐;基于扩展有限元和水平集理论的裂纹扩展问题研究[D];河南理工大学;2010年
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7 张志伟;夹FGM金属/陶瓷复合板变物性稳态热力行为研究[D];河北工程大学;2010年
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10 彭家成;Cu/WC功能梯度材料细观组织与力学性能的研究[D];昆明理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张琳楠,石志飞;简支梯度压电梁的解析解[J];北方交通大学学报;2002年01期
2 杨永波,石志飞;梯度功能压电悬臂梁在线性荷载作用的基本解[J];北方交通大学学报;2003年01期
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6 汪星明;刘波;邢誉峰;;正交各向异性矩形薄板稳定问题的直接解法[J];北京航空航天大学学报;2010年08期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘建湖;舰船非接触水下爆炸动力学的理论与应用[D];中国船舶科学研究中心;2002年
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10 严蔚;EMI结构健康监测技术与定量化分析[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 钟文华;岩土参数随机场特性及最优估计研究[D];河北工业大学;2002年
2 郭琳;层合板电、磁、力耦合效应研究[D];合肥工业大学;2003年
3 杨怀;考虑坝基材料参数随机场的重力坝可靠度计算[D];河海大学;2006年
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5 贾立斌;复合材料及压电材料层合板壳的动力学研究[D];中国民航大学;2008年
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【二级引证文献】
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2 董利文;曹飞飞;;孔隙率对金属-FGM-陶瓷复合ECBF板冷却变物性瞬态热应力的影响[J];硅谷;2012年23期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 刘承;徐荣桥;;用TM-JCM法分析FRP粘结加固梁界面应力[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨博;横观各向同性功能梯度板弯曲问题的弹性力学解[D];浙江大学;2011年
2 张会占;功能梯度材料结构的随机动态断裂与可靠性研究[D];汕头大学;2011年
3 刘春川;基于波动理论的有限尺寸结构短时瞬态响应与功率流控制[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 梁旭;水下爆破荷载作用下层合板动力响应计算方法研究[D];浙江大学;2011年
5 周云英;多场耦合层状结构的振动与波动[D];浙江大学;2011年
6 严蔚;EMI结构健康监测技术与定量化分析[D];浙江大学;2007年
7 潘冬子;波浪荷载作用下海床及管线的动力响应研究[D];浙江大学;2007年
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9 杨有贞;基于哈密顿辛对偶体系的若干梁/板结构问题研究[D];上海交通大学;2010年
10 赵莉;功能梯度材料平面问题的辛弹性力学解法[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 张其践;沥青混凝土路面温度与老化梯度特性研究[D];浙江大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 井璐璐;郑保敬;戴保东;;功能梯度材料的无网格局部Kriging法[A];力学与工程应用(第十三卷)[C];2010年
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8 杨小彬;由小川;庄茁;;功能梯度材料动态断裂的有限元研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
9 陈建;;功能梯度材料热应力强度因子的确定[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
10 仲政;;功能梯度材料结构的变形与断裂分析[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前4条
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2 本报记者 郭铭华 见习记者 车轮;中试转化“铺路” 行业标准“护航”[N];黑龙江日报;2009年
3 杨俊华;概念设计同样重要[N];中国房地产报;2003年
4 梁小民;谁为奢侈品税付出代价[N];厂长经理日报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 边祖光;功能梯度材料板壳结构的耦合问题研究[D];浙江大学;2005年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周宏亮;功能梯度材料热弹性断裂问题研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 武敏;磁场驱动法制备Ni/环氧树脂功能梯度材料研究[D];浙江大学;2011年
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4 郑慧雯;金属有机化学气相沉积法制备功能梯度材料的方法和机理的研究[D];西南师范大学;2004年
5 邓超;功能梯度材料扁锥壳的非线性振动和静动力稳定性分析[D];暨南大学;2009年
6 梁晓康;激光快速成形316L/Inconel718功能梯度材料的研究[D];大连理工大学;2010年
7 温鸣;粉末冶金原位自生陶瓷(TiC、Al2O3)/金属合金功能梯度材料制备研究[D];西安理工大学;2000年
8 张靖华;功能梯度材料梁、壳结构的静态力学响应[D];兰州理工大学;2004年
9 张学忱;陶瓷/金属热障层活塞的研究[D];长春理工大学;2002年
10 陈野;基于不同梯度模式的功能梯度圆形弹性薄板的振动特性[D];吉林大学;2008年
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