功能梯度材料成分设计

本文叙述了功能梯度材料（ＦＧＭ）成分设计的计算过程，依此方法设计出的功能梯度材料可以使各结合部位由于热应力特性不匹配造成的内应力降为最小。     

梯度功能材料

梯度功能材料对于工业材料，要求既有优越性能，又价格适宜。近年来，在航天、核动力等方面，有很多尖端技术，对材料的要求很苛刻。如航天飞机及许多工业机械中，材料的一部分暴露在高温下，在材料内部存在温度梯度的环境下使用时，发生在内部的热应力将成为问题。为了缓...     

梯度功能材料制备技术及其发展趋势

综述了梯度功能材料（ＦＧＭ）的制备技术和国内外的研究现状,具体介绍了几种制备技术的基本原理和工艺方法,包括粉末冶金法、等离子喷涂法、激光熔敷法、化学气相沉积法和物理气相法以及自蔓延高温燃烧合成法。从工艺角度分析了各种制备技术的优缺点,并展望了梯度功能材料制备技术的发展趋势。     

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。     

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。     

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。     

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.     

基于均匀化理论的梯度功能材料优化设计方法

材料优化设计和拓扑优化设计具有类似的问题提法。提此提出了一种基于均匀化理论的梯度功能材料优化设计方法。     

梯度功能材料的发展和应用

论述了梯度功能材料 (FGM )的产生、发展、制备技术及应用情况。     

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。     

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。     

Static Analysis of Functionally Graded Sandwich Plates Using an Efficient and Simple Refined Theory

In this paper, a new displacement based high-order shear deformation theory is introduced for the static response of function-ally graded sandwich plate. Unlike any other theory, the number of unknown functions involved is only four, as against five in case of other shear deformation theories. The theory presented is variationally consistent, has strong similarity with classical plate theory in many aspects, does not require shear correction factor, and gives rise to transverse shear stress variation such that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. Two common types of functionally graded sandwich plates, namely, the sandwich with functionally graded facesheet and homogeneous core and the sandwich with homogeneous facesheet and functionally graded core, are considered. Governing equations are derived from the principle of virtual displacements. The closed-form solution of a simply supported rectangular plate subjected to sinu-soidal loading has been obtained by using the Navier method. The validity of the present theory is investigated by comparing some of the present results with those of the classical, the first-order and the other higher-order theories. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the static bending behavior of functionally graded sandwich plates.     

双向梯度复合材料裂纹尖端应力强度因子研究

为了进一步改善梯度复合材料力学分析及设计水平,推导了一种适用于双向梯度复合材料断裂特性分析的梯度扩展单元法(XFEM).采用细观力学方法描述材料沿梯度方向变化的力学属性,通过线性插值位移场给出了4节点梯度扩展单元随空间位置变化的刚度矩阵,建立了结构的连续梯度有限元模型,并采用交互能量积分计算得到了裂纹尖端的应力强度因子(SIF).通过与已有文献结果对比验证了梯度扩展单元的优越性,并讨论了双向梯度结构中相关参数对SIF的影响规律,得到结论:梯度扩展单元能够提高梯度材料中裂纹尖端SIF的计算精度,其计算结果随着网格密度的增加迅速收敛于精确解;双向梯度结构的组份分布形式和属性梯度能够明显影响裂纹尖端的SIF;对于多裂纹双向梯度结构,裂纹间的相互作用增大了裂纹尖端的SIF,弹性模量大的一侧SIF较大.     

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。     

弹塑性梯度材料热机耦合分析的有限元方法

陶瓷/金属功能梯度材料(FGMs)的组份及性能梯度分布,在航空航天高温热结构中有重要应用。材料性能在空间上的连续变化给这类结构强度设计的有限元分析造成了一定困难,针对上述问题,提出一种热弹塑性梯度有限元方法。该方法通过编写有限元软件ABAQUS的材料用户子程序(UMAT)来实现,在UMAT中将FGMs的弹塑性本构模型参数定义为空间坐标的函数;用热弹塑性梯度有限元方法对陶瓷-FGMs-金属典型的三明治板结构进行热机械分析。结果表明:FGMs组分布函数对其热应力分布有很大的影响,特别是在三明治结构的界面上,影响更为突出,这和现有文献的实验结果相符。     

材料表面薄膜硬度的测试计算

给出了基于纳米硬度试验的表层薄膜的硬度测算方法。首先研究如何利用有限元计算弥补纳米硬度测量在压痕深度小于百纳米时的精度缺陷,进而探讨薄膜一基体材料系统的硬度随压痕深度变化的规律,最后导出了根据实验曲线预测表层薄膜材料的硬度的公式,并进行了实验验证。     

复合材料接头三维有限元技术研究

介绍了复合材料三维单元刚度矩阵,用三维有限元方法计算了复合材料层压耳片接头拉伸、剪切、弯曲载荷的问题;给出了孔边应力分布及弯曲时层间剪应力分布。结果表明：当载荷平行于铺层且沿厚度均匀分布时,应力沿厚度方向变化不大,主要与铺层角度有关;当载荷不平行铺层时,层间剪切应力和拉伸应力较大,是接头破坏的主要原因。     

材料非线性在折叠舵有限元计算中的运用

介绍了运用有限元方法对折叠舵进行了基于材料非线性的弹塑性分析。由于舵面上受到的载荷较大,超过材料的屈服强度,使接触区域材料进入塑性状态。如果进入塑性状态的范围过大,则结构将受到破坏,如果不采用弹塑性方法计算,而采用弹性方法计算,则舵的应力会更大,使舵面尖弦后缘点挠度变小,与试验值相比误差较大,不能忽略其材料非线性对变形计算的影响,本文考虑材料非线性的影响变形计算结果与实验结果吻合较好,因此,舵面变形最好使用弹塑性方法计算。