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Transient Analysis of a Functionally Graded Ceramic/Metal Layer considering Lord-Shulman Theory

机译：考虑Lord-Shulman理论的功能梯度陶瓷/金属层的瞬态分析

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The transient displacement, temperature, and stress fields in a functionally graded ceramic/metal layer under uniform thermal shock conditions at the upper surface are numerically studied based on the Lord-Shulman model, employing a direct finite element method. The Newmark method is employed for the time integration of the problem. A Matlab finite element code is developed for the numerical analysis of the one-dimensional problem under consideration. The Voigt model (rule of mixture) is used for the estimation of the effective properties inside the functionally graded layer and the variation of the volume fraction of the materials follows the sigmoid function in terms of the introduced parameter p. Furthermore, a parametric study with respect to the parameter p follows, where three different combinations of ceramic/metal materials are considered. It is concluded that the value p = 1, which corresponds to a linear variation of the properties, minimizes the maximum (tensile) stress applied at the middle of the functionally graded layer.
机译：基于Lord-Shulman模型，采用直接有限元方法，对功能梯度陶瓷/金属层在上表面均匀热冲击条件下的瞬态位移，温度和应力场进行了数值研究。 Newmark方法用于问题的时间积分。开发了Matlab有限元代码，用于对所考虑的一维问题进行数值分析。 Voigt模型（混合规则）用于估计功能渐变层内部的有效特性，并且材料的体积分数的变化在引入的参数p方面遵循S型函数。此外，随后进行了有关参数p的参数研究，其中考虑了陶瓷/金属材料的三种不同组合。结论是，值p = 1（对应于特性的线性变化）使施加在功能梯度层中间的最大（拉伸）应力最小化。

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  • 来源
    《Mathematical Problems in Engineering》 |2018年第6期|7371016.1-7371016.11|共11页
  • 作者

    Nikolarakis Antonios M.; Theotokoglou Efstathios E.;

  • 作者单位

    Natl Tech Univ Athens, Sch Appl Math & Phys Sci, Dept Mech, Lab Testing & Mat, Zografou Campus, GR-15773 Athens, Greece;

    Natl Tech Univ Athens, Sch Appl Math & Phys Sci, Dept Mech, Lab Testing & Mat, Zografou Campus, GR-15773 Athens, Greece;

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