浅析缓和热应力梯度功能材料的梯度化设计问题

提出了缓和热应力梯度功能材料的梯度变化设计思想和基本原则,分析了简单几何体的定常热应力,为缓和热应力型梯度功能材料的设计提供了指导依据。     

航天用超耐热梯度功能材料

梯度功能材料是基于一种全新的材料设计概念合成的新型复合材料。它以金属、陶瓷和塑料等为原材料通过控制材料组成和显微结构的梯度分布来消除传统金属-陶瓷涂层复合材料的宏观界面,使材料性能也呈梯度变化。这种材料由于能够缓和热应力,是未来航天飞机器用的理想耐热、隔热材料。本文着重介绍了梯度功能材料的研究开发背景、设计思想、研究现状和有关合成方法。     

激光熔化沉积技术在制备梯度功能材料中的应用

激光熔化沉积(LMD)是一种典型的增材制造技术,与传统的成形工艺相比,具有加工周期短、设计灵活、成形件尺寸精度高、绿色环保等一系列特点。梯度功能材料(FGM)是一种先进的功能性材料,其内部没有明显的界面,材料的成分、组织性能呈梯度变化。在梯度功能材料的制造方法中,激光熔化沉积既可以缓和不同材料间的应力,保证材料优良的成形性,又可以通过灵活的设计来控制成形件组织和性能的变化和分布规律,为梯度功能材料的制造提供了一种新途径。介绍了激光熔化沉积的技术特点、梯度功能材料的特点与应用、国内外激光熔化沉积技术制造梯度功能材料方面的研究进展,以及团队目前在此领域的研究状况,同时分析了利用激光熔化沉积技术制造梯度功能材料的发展前景。     

功能梯度材料(FGM)/零件信息统一建模方法研究

阐述了目前现有的几种功能梯度材料/零件的信息表示方法,用面向对象的方法阐述了具体的数据结构,并重点讨论了几种功能梯度材料/零件的信息表示方法,在功能梯度材料(FGM)/零件设计中的空间和时间复杂度,为其研究与技术应用提供参考。     

材料及其“三束”改性技术的发展（下）

1.制备和评价 制备包括材料设计和材料合成两方面的内容。 以热应力缓合型功能梯度材料为例,采用图1所示的逆设计法。     

铼-钛（Re-Ti）功能梯度材料的设计与制备

利用电子束熔炼技术在钛合金基体上制备了铼钛(Re-Ti)功能梯度材料。通过对Re,Ti元素基本性质及Re-Ti二元合金相图的分析设计了Re-Ti梯度材料。通过模拟电子束熔炼温度场,确定了制备梯度材料的混合金属粉末配比和熔炼工艺。实验结果表明:Re-Ti梯度材料成形良好,桥渡层中各元素沿厚度方向连续均匀变化。     

等离子熔射制备功能梯度涂层及其应用进展

介绍了功能梯度材料的概念及其应用前景,分析了几种功能梯度材料制备方法的优缺点,重点介绍等离子熔射制备功能梯度材料的工艺过程和应用进展。     

功能梯度材料的有限元方法研究

针对功能梯度材料这种新型材料,提出了采用等参梯度元建立有限元模型的方法。推导了两种受力情况下各相同性功能梯度材料薄板的应力解析解。在实例运算中,通过梯度单元数值解与解析解及传统均一单元数值解的比较分析,验证了功能梯度材料采用等参梯度元建立有限元模型的有效性,对功能梯度材料的进一步研究具有一定的指导意义。     

Al2O3—Ti系梯度功能材料的优化设计

对Ａｌ３Ｏ３－Ｔｉ系梯度功能材料在制备过程中产生的残余热应力进行了弹性有限元法分析。讨论了梯度层数目,梯度层厚度和成分梯度指数对应力大小和分布的影响,优化出了各项最佳参数。非线度功能材料与优化后的梯度功能材料的残余热应力对比结果显示;梯度功能材料缓和热应力的效果十分显著。     

功能梯度圆柱壳的热应力与热传导分析

金属基陶瓷功能梯度材料特性随着厚度的变化而连续变化,且陶瓷散热快,金属强度高,有望用于飞机尾喷口的设计。本工作以功能梯度圆柱壳为对象,研究热流密度、陶瓷体积分数指数和热环境等参数对功能梯度圆柱壳热应力和热传导的影响。首先,建立功能梯度材料的热物理特性模型,探索各参数对材料热物理特性的影响规律;其次,建立功能梯度圆柱壳的热应力模型,探究不同条件下功能梯度圆柱壳热应力变化规律;最后,由能量守恒定律推导出圆柱壳的热传导方程,讨论陶瓷体积分数指数和热流密度对热传导的影响。结果表明,热流密度一定时,应力随陶瓷体积分数指数增加平缓,圆柱壳的外侧应力大于内侧应力;任意截面的温度随热流密度的增加而升高,且热流密度越大温度上升越明显。     

一种特殊梯度分布的功能梯度矩形板弯曲问题解析解

研究了一种特殊梯度分布功能梯度材料矩形板弯曲问题。假设材料的弹性模量在板厚度方向上呈幂函数分布,泊松比为常数,引入PLEVAKO解,利用分离变量法,导出四边简支功能梯度材料矩形板弯曲问题的解析解。通过算例分析了材料组分变化时,功能梯度板应力和位移的变化规律。结果显示不同梯度分布板结构中的应力、位移的变化规律是不同的,有时甚至差别很大。该方法为发展针对功能梯度材料特点的数值算法和简化理论提供依据。     

等参梯度有限元应用于非线性梯度材料的研究

将等参梯度有限元法应用于非线性功能梯度材料,推导了2种受力情况下指数体积分数变化的功能梯度材料的应力分布解析解。通过不同的单元划分形式,对等参梯度元数值解、均匀单元数值解及解析解三者进行比较分析,得出等参梯度有限元方法对非线性梯度材料同样适用,为等参梯度有限元的推广应用提供了证据。     

梯度功能材料的智能设计与制造技术

提出了梯度功能材料的设计原理,对其效应力模型、热物性参数、制备方法等关键技术进行了分析。     

化学镀SiC/Ni-P功能梯度材料工艺、组织及性能

通过对化学镀Ｎｉ－ Ｐ－ ＳｉＣ复合镀层的研究,找到了制备ＳｉＣ／Ｎｉ－ Ｐ 功能梯度材料（ＦＧＭ） 的工艺方法。并采用光学显微镜、电子探针分析仪及热震试验等方法和手段对功能梯度材料的组织、形貌、成分与镀层结合力进行了研究。结果表明,功能梯度材料中ＳｉＣ微粒以弥散状态沿镀层厚度方向呈梯度分布,无团聚结块现象,材料致密,组织细小。功能梯度材料较单层Ｎｉ－ Ｐ－ ＳｉＣ复合镀层以及Ｎｉ－ Ｐ／Ｎｉ－ Ｐ－ ＳｉＣ 双层镀层具有更好的结合强度。     

功能梯度材料热传导的多尺度边界元分析

功能梯度材料是物理性能连续变化的非均匀复合材料,其结构特点消除了材料内部严重的热应力界面,在航空、航天及核反应堆等工程领域具有广阔的应用前景。针对功能梯度材料的稳态热传导问题,给出一种基于边界元模型的统计多尺度分析方法,并针对典型问题进行数值模拟。首先,在功能梯度材料微结构随机分布且体积分数随着位置变化的表征基础上,建立等效热传导系数的多尺度边界元分析模型;然后,给出统计意义下的数值计算方法;最后,研究颗粒随机分布功能梯度材料的热传导性能,并通过与实验结果对比对算法进行验证。结果表明:统计多尺度边界元方法对于预测功能梯度材料的热传导性能是有效的。     

ZrO2梯度涂层热震的有限元分析

随着功能梯度材料概念的提出,功能梯度隔热涂层也随之问世,它是超高温材料发展的一个重要方向。功能梯度隔热涂层是把金属-陶瓷功能材料制备到基体上形成隔热涂层,是满足金属工程部件在高温环境中正常工作的一种表面技术。其主要功能是阻止高温、高热量燃气的入侵,提高基体金属部件的使用温度和使用寿命。有关资料表明,250μm厚的ZrO_2功能梯度隔热涂层     

梯度功能材料

综述了梯度功能材料（ＦＧＭ）的历史,研究现状和发展趋势,并就ＦＧＭ的材料设计、材料合成和性能评价三部分展开重点讨论。材料设计方面包括材料设计原则,方法以及相关计算;材料合成方面讨论了制造原理、方法、包括传统技术和新技术;性能评价方面讨论了热性能,机械性能的测试方法。     

含细观孔隙Al/Al2O3梯度功能材料弹性模量研究

利用渐近均匀化方法对含细观孔隙Al/Al_2O_3梯度功能材料(FGM)的弹性模量进行了研究。通过与实验对比,验证了渐近均匀化方法预测含细观孔隙Al/Al_2O_3梯度功能材料弹性模量的可行性,并在忽略孔隙个数等次要因素的情况下,拟合得到了与孔隙率和Al_2O_3体积分数相关的含细观孔隙Al/Al_2O_3梯度功能材料弹性模量的预测公式。研究结果表明:细观孔隙在Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量预测中并不能被忽略。在相同孔隙率下,孔隙的个数对Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量影响较小,而孔隙的大小和位置对弹性模量有着明显的影响,在Al_2O_3的任何体积分数下,Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量含随机孔隙的均低于均匀分布孔隙的。孔隙率也对Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量有着明显的影响,随着孔隙率的增加,材料的弹性模量逐渐下降,且随Al_2O_3体积分数的增加下降幅度增大。     

化学镀SiC／Ni—P功能梯度材料工艺,组织及性能

通过对化学镀Ｎｉ－Ｐ－ＳｉＣ复合镀层的研究，找到了制备ＳｉＣ－Ｎｉ－Ｐ功能梯度材料（ＦＧＭ）的工艺方法。并采用光学显微镜、电子探针分析仪及热震试验等方法和手段对功能梯度材料的组织、形貌、成分与镀层结合力进行了研究。结果表明，功能梯度材料中ＳｉＣ微粒以弥散状态沿镀层厚度方向呈梯度分布，无团聚结块现象，材料致密，组织细小。功能梯度材料较单层Ｎｉ－Ｐ－ＳｉＣ复合镀层以及Ｎｉ－Ｐ／Ｎｉ－Ｐ－ＳｉＣ双层镀层     

基于温度场分布的功能梯度材料设计与优化

针对功能梯度材料零件建模与分析的模型割裂问题,实现了共用NURBS基函数的几何与材料并行建模及热传导分析。考虑制备工艺建立材料模型,采用泊松方程作为材料场控制函数,运用等几何分析方法求解材料场分布。分析材料的瞬态热传导,建立梯度材料零件的材料分布优化模型并运用有效集法获得最优材料分布结果。结果表明,共用NURBS基函数的功能梯度材料建模及材料分布优化方法对工程实际具有指导意义,实现了梯度材料的一体化建模、分析与优化。