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【6h】

面内弹性约束下功能梯度材料圆板和Timoshenko梁的热过屈曲分析

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目录

摘要

1.1 功能梯度材料概述

1.2 国内外研究现状

1.2.1 梁板的热屈曲和热过屈曲问题

1.2.2 弹性约束下梁板的屈曲和过屈曲问题

1.3 本文主要研究内容

第2章 径向弹性约束作用下功能梯度材料圆板的热过屈曲

2.1 引言

2.2 问题描述

2.2.1 功能梯度材料板的材料性能

2.2.2 一维稳态温度场

2.3 控制方程

2.3.1 几何关系

2.3.2 物理方程

2.3.3 平衡方程

2.3.4 无量纲控制方程

2.3.5 无量纲边界条件

2.4 非线性常微分方程两点边值问题的打靶法

2.5 数值结果与讨论

2.5.1 周边夹紧功能梯度材料圆板

2.5.2 周边简支功能梯度材料圆板

2.6 本章小结

第3章 轴向弹性约束作用下功能梯度材料Timoshenko梁的热过屈曲

3.1 引言

3.2 问题描述

3.3 控制方程

3.3.1 几何关系

3.3.2 物理方程

3.3.3 平衡方程

3.3.4 无量纲控制方程

3.3.5 无量纲边界条件

3.4 非线性常微分方程两点边值问题的打靶法

3.5 数值结果与讨论

3.5.1 均匀升温场内的热过屈曲分析

3.5.2 非均匀升温场内的热过屈曲分析

3.6 本章小结

4.1 主要结论

4.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文

声明

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摘要

功能梯度材料(Functionally Graded Material,简称FGM)是一种新型的复合材料。由于FGM在隔热和热应力缓和等性能方面表现出的优越性,其在高温梯度环境中具有广阔的应用前景。梁板是目前FGM的常见结构形式,对它们在热载荷作用下的力学性能的研究已成为固体力学一个重要的研究方向。本文分析了FGM梁板在轴向或径向弹性约束下的热过屈曲问题。主要探讨了轴向或径向弹性约束对FGM梁板的临界屈曲温度载荷和热过屈曲变形的影响。研究内容包括以下几个方面:
  1.FGM圆板在径向弹性约束下的热过屈曲
  分别考虑周边夹紧和简支FGM圆板,其周边有均匀分布的面内径向弹性约束。假设圆板的材料性质和升温均只沿厚度方向变化。由升温引起的径向薄膜力超过临界值后,圆板将发生热过屈曲变形。本文重点研究了径向弹性约束对FGM圆板热过屈曲响应的影响。首先,基于von Karman经典板理论,推导出了横向非均匀加热FGM圆板在径向弹性约束作用下的位移形式的轴对称热过屈曲控制方程。然后,采用打靶法数值求解所得非线性常微分方程边值问题,获得了周边夹紧和简支FGM圆板的热过屈曲响应,定量分析了材料和温度的非均匀性以及径向弹性约束对FGM圆板热过屈曲变形的影响,给出了相关的平衡路径和平衡构形。结果表明:FGM圆板的临界屈曲温度载荷介于金属圆板和陶瓷圆板之间;温度的非均匀性和径向弹性约束对圆板的热过屈曲平衡路径的影响显著;随着约束刚度和升温比的增大,板的临界屈曲温度载荷减小。
  2.FGM Timoshenko梁在轴向弹性约束下的热过屈曲
  研究了端部具有轴向弹性约束的FGM Timoshenko梁在横向非均匀升温下的过屈曲问题。基于精确的几何非线性理论,建立了轴线可伸长FGM Timoshenko梁在端部有轴向弹性约束、横向非均匀升温下的热过屈曲控制方程,分别考虑两端夹紧、两端简支和一端简支一端夹紧三种边界条件。将问题归结为含有七个基本未知函数的非线性常微分方程组边值问题。采用打靶法数值分析了受到轴向弹性约束的FGM Timoshenko梁的热过屈曲行为。综合考虑了材料和温度的非均匀性、约束刚度、边界条件和剪切变形等对FGM梁的热过屈曲响应的影响,给出了不同约束刚度下梁的热过屈曲平衡路径和平衡构形。
  结果表明:长细比对梁的临界屈曲温度载荷的影响随着约束刚度的增大而减小;约束刚度和升温比越大,梁的临界屈曲温度载荷越小。

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