兩種或多種不同性質(zhì)材料組成的層狀結(jié)構(gòu)可以滿足工業(yè)發(fā)展的需求.然而,材料屬性在接觸面的突變問題,容易導致層間界面處產(chǎn)生應(yīng)力集中、裂紋以及分層等問題.功能梯度材料利用連續(xù)變化的組分梯度來代替突變界面,可以消除界面處的物理性能突變,提高結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強度.本文以一維準晶功能梯度層合圓柱殼為研究對象,利用類Stroh公式和傳遞矩陣方法,建立了材料參數(shù)沿徑向呈現(xiàn)冪函數(shù)變化的層合圓柱殼模型,獲得了簡支邊界條件對應(yīng)的一維準晶功能梯度層合圓柱殼的熱電彈性精確解.數(shù)值算例中討論了層合圓柱殼內(nèi)外表面承受溫度載荷時,功能梯度指數(shù)因子對溫度場、電場、聲子場和相位子場的影響,尤其是對層合圓柱殼內(nèi)外表面的影響.結(jié)果表明,指數(shù)因子改變了材料參數(shù)的空間分布情況,進而對溫度場、電場、聲子場和相位子場都有影響;增加功能梯度指數(shù)因子,可減小溫度載荷引起的內(nèi)表面變形,進而提升結(jié)構(gòu)強度.本文得到的結(jié)果可以為功能梯度準晶層合圓柱殼的設(shè)計和制造提供可靠的理論依據(jù). 

【文章來源】：力學學報. 2020,52(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

一維準晶功能梯度層合圓柱殼的示意圖

圖2 指數(shù)因子對溫度的影響圖4為不同指數(shù)因子α對應(yīng)的聲子場和相位子場應(yīng)力沿半徑方向的變化曲線.圖4(a)為在圓柱殼界面處連續(xù)的聲子場應(yīng)力和α=-5對應(yīng)的r相比,α=5對應(yīng)的最大值更大.此外,α=5對應(yīng)的在靠近內(nèi)表面處數(shù)值最小,在靠近外表面處數(shù)值最大.從圖4(b)可以看到,相位子場應(yīng)力在中間層為0,因為晶體中不存在相位子場.準晶層中的隨著α的增大而增大.

圖2給出指數(shù)因子α對溫度的影響,圖3為電勢和電位移隨著指數(shù)因子α的變化曲線.從圖2可以看到,ˉT在功能梯度層合圓柱殼的內(nèi)表面為0.5,外表面為1.0.同時,圖3(b)顯示電位移在功能梯度層合圓柱殼的內(nèi)外表面均為0.上述物理量在圓柱殼內(nèi)外表面的數(shù)值滿足加載的邊界條件.文中考慮了溫度場對彈性場、電場的單向耦合問題,根據(jù)溫度場傳遞矩陣關(guān)系,圖2所示與α和特征值η有關(guān).同時考慮層合圓柱殼內(nèi)外表面加載的溫度邊界條件.因此,不同α對應(yīng)的曲線出現(xiàn)交叉現(xiàn)象.此外,α=-5對應(yīng)的溫度在界面處更光滑,是因為不同層間的熱傳導系數(shù)差異性減小導致的.在圖3(a)中,最外層的隨著α的增大略有增大.圖3(b)所示中間層的數(shù)值隨著α的減小而增大,并且數(shù)值遠大于外層和內(nèi)層,這主要是因為晶體的熱電系數(shù)大于準晶材料的熱電系數(shù)導致.圖3 指數(shù)因子對電場的影響

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3104143