【摘要】：含功能梯度材料(Functionally graded material,FGM)涂層薄殼結(jié)構(gòu)不僅相較于金屬薄殼結(jié)構(gòu)具有更好的高溫力學(xué)性能和耐腐蝕性能,而且相較于純FGM薄殼具有造價更為低廉的優(yōu)點,因此在航空航天、交通運輸、石油化工、核能和航海等領(lǐng)域中具有很大的應(yīng)用前景。由于含F(xiàn)GM涂層薄殼結(jié)構(gòu)多用于存在高溫載荷或者劇烈溫度梯度載荷的工況,因此在這些結(jié)構(gòu)中熱應(yīng)力的存在無法避免。為了避免這些結(jié)構(gòu)因熱應(yīng)力的存在發(fā)生穩(wěn)定性失效,在對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時不僅需要進(jìn)行強(qiáng)度計算,還需要考慮這些結(jié)構(gòu)的熱屈曲問題。論文首先從結(jié)構(gòu)形式較為簡單的金屬矩形板的熱屈曲問題入手,研究邊界條件對薄壁板殼結(jié)構(gòu)熱屈曲行為的影響,從而澄清了現(xiàn)有文獻(xiàn)中圓柱殼結(jié)構(gòu)熱屈曲臨界溫升解析解不一致問題。研究結(jié)果表明:部分文獻(xiàn)中忽略了邊界條件對熱應(yīng)力的影響,從而導(dǎo)致了金屬圓柱殼熱屈曲臨界溫升解析解不一致性。熱屈曲臨界溫升解析解不一致性問題的澄清為工程人員對金屬圓柱殼的熱屈曲設(shè)計提供更加科學(xué)的依據(jù)。然后,基于經(jīng)典板殼理論和Donnell位移應(yīng)變關(guān)系,論文進(jìn)一步推導(dǎo)了含F(xiàn)GM涂層圓柱殼結(jié)構(gòu)的熱屈曲臨界溫升解析解。同時,基于多層離散建模的思想,論文還基于ANSYS和ABAQUS軟件建立了FGM涂層圓柱殼結(jié)構(gòu)的有限元模型,對臨界屈曲溫升進(jìn)行數(shù)值求解,從而驗證了理論解的可靠性。此外,由于所推導(dǎo)的解析解形式過于復(fù)雜,不便于工程計算,論文還提出了一種用于含F(xiàn)GM涂層圓柱殼結(jié)構(gòu)熱屈曲臨界溫升近似計算的工程公式。在一定范圍內(nèi),該公式具有較高的精度,從而為工程設(shè)計人員計算含F(xiàn)GM涂層圓柱殼結(jié)構(gòu)的熱屈曲臨界溫升提供了方便。由于實際生產(chǎn)過程中圓柱殼結(jié)構(gòu)會因為制造工藝的限制而存在各類幾何缺陷。對此,論文基于Koiter模型和Galerkin方法進(jìn)一步對含F(xiàn)GM涂層和軸對稱幾何缺陷的圓柱殼熱屈曲行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:缺陷幅值、FGM涂層中陶瓷相的體積分?jǐn)?shù)以及溫升載荷的形式對臨界溫升具有重要影響。該研究結(jié)果為含功能梯度材料涂層和軸對稱缺陷的圓柱殼抗熱屈曲設(shè)計提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2663271