TiC—Ni梯度功能材料的燃烧合成与残余应力分析

采用自蔓延高温燃烧合成反应结合准热等静压技术（SHS/PHIP）制备了组织连续分布的TiC-Ni系梯度功能材料，产物的成份分析显示Ni元素沿厚度方向趋于连续过渡，改善了反应前的阶跃式分布。对TiC-Ni FGM在制备过程中的残余热应力进行了计算机有限元分析，并与TiC-Ni两层直接结合体进行了分析，发现FGM具有明显的热应力缓和效果。     

用PTI分析功能梯度材料的热传导灵敏度

较详尽的介绍了精细时程积分方法(Precise Time Integration,以下简称PTI)的运算过程,并针对功能梯度材料这种新型材料的灵敏度分析问题,以热传导问题为例,建立了PTI方法的灵敏度计算公式,结果表明方法的精确度与有效性。     

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。     

LES of the Sandia flame series D-F using the Eulerian stochastic field method coupled with tabulated chemistry

In this paper, the Eulerian Stochastic Field (ESF) model in the Transported Probability Density Function (TPDF) class model is combined with the Flamelet Generated Manifolds (FGM) model. This method solves the joint probability density function transport equation by ESF method that considers the interaction mechanism between flame and turbulence with high precision. At the same time, by making use of the advantage of the FGM model, this model is able to incorporate the detailed chemical reaction mechanism (GRI 3.0) with acceptable computational cost. The new model has been implemented in the open source CFD suite-OpenFOAM. Validation of the model has been carried out by simulating the Sandia flame series (three turbulent piloted methane jet flames) issued by the National Laboratory of the United States. The accuracy and advancement of the ESF/FGM turbulent combustion model are verified by comparing the LES results of the new model with the rich experimental data as well as the RANS results. The results demonstrate that the model has a strong ability in capturing combustion phenomena such as extinction and re-ignition in turbulent flame, which is essential in the accurate prediction of the combustion process in real combustion devices, for example, aircraft engines.     

SiC/C功能梯度材料的设计、制备及性能

采用粉末冶金法中的叠层法在2 000℃、40 MPa的热压烧结条件下制备了几类不同层数及成分分布指数的SiC/C功能梯度块体材料(FGM).所得样品的结构扫描图表明材料总体梯度特征显著,相比四层FGM样品,八层(SF8)FGM样品梯度过渡趋于连续,其不同层间层界面相对模糊化,界面处的结合性能良好,与最初设计相吻合;500℃～室温循环淬水实验表明,采用参数优化设计的SF8(P=0.6)FGM有效地缓和了内部热应力,具有良好的抗热震性能.     

不同力学边界下梯度功能材料板稳态热应力

用有限元法研究了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的梯度功能材料板的稳态热应力问题，检验了研究方法的正确性，给出了不同力学边界条件下该材料板的稳态热应力场分布。结果表明：无限自由长板内的热应力最小；当无限长板只能伸长、不能弯曲时，板内稳态拉应力最大，比无限自由长板时板内最大拉应力增大6．1倍；当无限长板的伸长、弯曲受限时，板内的压应力最大，比无限自由长板时板内最大压应力增大12．0倍；此外，材料组分形状分布系数M、对流换热系数、环境介质温度和孔隙度的变化对不同力学边界条件下该材料板稳态热应力场的影响显著。此结果为该材料的设计和应用提供了准确的理论计算依据。     

梯度功能材料的热应力研究进展

回顾了近年来梯度功能材料（FGM）热应力研究领域所取得的研究成果，并对FGM热应力研究的发展趋势作一展望。     

用应力函数法求功能梯度梁的弹性理论解

假设弹性模量为厚度的指数函数,泊松比为常数,用应力函数法求解FGM梁的弹性理论解。得到了FGM简支梁弯曲问题的解析解。考察了不同弹性模量变化规律对FGM深梁位移和应力分量的影响。为校验FGM梁、板近似理论和数值方法的有效性提供了依据。     

功能梯度材料夹芯板的后屈曲

基于Reddy高阶剪切理论及Von-Karman大挠度理论,针对以功能梯度材料为面材的夹芯板的后屈曲行为进行了研究,数值算例给出了完善、非完善功能梯度材料夹芯板的后屈曲荷载-挠度曲线以及后屈曲荷载-端部缩短曲线。讨论了初始几何缺陷、材料组分指数、温度相关性、面内边界约束条件等各参数变化所带来的影响。     

基于混合率模型的功能梯度材料火箭壳体振动特性分析

为了研究功能梯度材料(Functionally Graded Material, FGM)火箭壳体的振动特性,本文发展了一种基于混合率模型的FGM材料性能计算方法。首先,对FGM壳体的材料分布特征进行了分析研究,建立了统一的材料公式模型,可表征材料性能沿厚度方向变化规律不同的多种FGM材料模型。其次,建立了FGM壳体材料的几何分层模型,基于混合率法则推导得到了宏观等效的正交各向异性材料性能参数表达式,并讨论了分层数对预测结果的影响。然后,将该方法用于带孔平板、圆柱壳体、锥形壳体和球形壳体的振动分析,计算结果与相关文献结果具有较好的一致性,最大误差不超过2.33%,表明本文方法具有较高的精度。最后,将本文方法成功用于FGM火箭壳体的振动特性分析,针对材料性能沿厚度方向的几种不同分布模式,计算了FGM火箭壳体的前10阶固有频率和振动模态。