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。     

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。     

基底/功能梯度涂层结构的动态热应力分析及结构优化

研究了金属基底 /功能梯度涂层结构中的动态热应力;对功能梯度材料的梯度指数进行了优化;分析了可能的破坏模式。研究结果表明,加热速度对结构中的热应力分布有很大的影响,存在优化的梯度指数使得结构具有最大的热强度。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

热应力分析及应用

简要介绍了某结构设计时热应力分析的必要性,通过对某结构的温度场分析和热应力分析,计算静热联合应力,同时与单独静力作用下的应力比较,可以看出静热应力远大于单独静力应力,说明在该结构设计时,必须考虑温度梯度变化引起的热应力作用.     

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。     

飞行器用热防护材料发展趋势

综述了飞行器热防护材料的发展历史,重点介绍了典型非烧蚀热防护材料体系,并根据新型飞行器对于热防护材料的需求,对未来热防护材料发展趋势进行了分析。     

高超声速飞机对材料的要求

高超声速飞行器是航空科技向新的飞行边界进行全新探索的重要领域。它对实现空天一体化产生重大影响,是航空先进国家近年发展的热门领域。材料作为重大关键技术之一,在高超声速飞机发展中起着举足轻重的作用。本文对高超声速飞行器对材料的要求做了简单介绍。     

飞机越界工程材料阻滞系统

机械故障、气象因素、跑道异常、驾驶员操作失误等原因会造成飞机冲出跑道事故。据统计,美国平均每年发生10起飞机越界的事故征候。因此,在飞机越界的情况下如何平稳、有效地阻滞飞机,避免其冲出跑道,确保飞机与乘客安全是个大问题。     

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。     

大型商用飞机炭刹车盘材料的应用进展

炭刹车盘材料具有质量轻、摩擦特性好、使用寿命长、吸热能力高等一系列优良特性。从20世纪70年代问世以来,炭刹车盘复合材料的研制和应用总共经历了五代发展历程,已经成为商用飞机炭刹车副的首选材料,被广泛应用于空客和波音系列飞机。经过几十年的发展,国内炭刹车材料取得了长足的发展,已经作为PMA件应用于B757和A320机型,...     

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。     

Mo-Ti梯度功能材料的显微组织特征研究

应用电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对共沉降法制备的Mo—Ti梯度功能材料的化学成分分布、显微组织和断口形貌进行了研究。结果表明，试验材料整体致密，化学元素分布、显微组织和断口形貌具有梯度变化特征。富Mo区颗粒以机械混合的形式存在；以Mo为主要组分的Mo—Ti梯度层，也是以机械混合为主；以Ti为主要组分的Mo—Ti梯度层，主要以多边形β相存在；富钛区钛主要以球形α相存在。富Mo区为沿晶脆性断裂，富Ti区为典型的穿晶解理断裂，Mo—Ti梯度层以穿晶解理断裂为主，还表现出延性断裂特征。     

大型飞机结构的发展趋势:复合材料化─访哈尔滨工业大学杜善义院士

复合材料在波音787和空客A350飞机结构上应用的历史性突破,标志着大型客机结构有复合材料化趋势,这一趋势从根本上改变了飞机结构和制造上的传统. 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合成一种新的固体材料.先进复合材料专指可用于主承力结构或次承力结构,其力学性能相当于或超过铝合金的复合材料,主要指高性能纤维(如硼纤维、碳纤维和芳纶)等增强的树脂基复合材料.碳纤维增强的树脂基复合材料是最具代表性、应用最广、最为重要的先进复合材料.