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《华南理工大学》 2017年
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功能梯度材料椭圆柱壳热弹塑性屈曲研究

饶东海  
【摘要】:本文通过半解析方法,研究了功能梯度材料(FGM)椭圆柱壳的弹塑性屈曲问题。FGM的弹塑性材料属性由TTO模型描述,材料梯度特征由组分体积比的幂律分布规律定义,将两者结合弹塑性流动理论,给出了FGM弹塑性材料本构模型;基于前屈曲均匀应变假设,材料弹塑性交界面位置由Mises屈服准则确定,并用于结构前屈曲状态分析;将FGM材料本构模型,结合Donnell壳体理论,并运用伽辽金法,得到FGM椭圆柱壳弹塑性屈曲控制方程和壳体临界内力的解析表达式;结构的弹塑性屈曲临界荷载由该表达式,结合壳体的前屈曲内力迭代收敛后得出。通过上述方法,本文针对轴压弹塑性FGM椭圆柱壳的屈曲问题、弹塑性FGM椭圆柱壳的热屈曲问题开展研究。关于前者,结合FGM线性强化弹塑性本构模型,得到了结构弹塑性轴向压缩屈曲临界荷载。结果表明:FGM椭圆柱壳弹塑性屈曲结果与等周长的FGM圆柱壳进行对比,相对于等周长的圆柱壳,随着截面离心率的增大,承载力减小,结构的稳定性下降。对于后者,结合幂律强化FGM弹塑性本构模型,考虑均匀分布、线性分布以及非线性分布(考虑热传导效应)温升环境,并计及材料物性温度相关性的影响,计算了结构屈曲临界温升。结果表明:在FGM柱壳热屈曲分析,必须考虑物性温度相关性的影响,否则结果会被高估10%;线性温升和非线性温升环境下,随着外界温度的升高,弹塑性交界面从陶瓷面向金属面移动;而均匀温升环境下则恰恰相反,弹塑性交界面从金属面向陶瓷面移动。此外,结构的几何参数,材料组分参数对FGM椭圆柱壳热弹塑性屈曲也有较大的影响;随壳体径厚比的增大,结构屈曲临界荷载和临界温升均减小;增加陶瓷含量,结构屈曲临界荷载和临界温升将增加,且壳体趋于发生弹性屈曲;若增加金属含量,则结论正好相反。最后用ABAQUS进行数值模拟,考虑了材料和几何非线性,得到的数值解与当前理论结果相吻合。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O344.1

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