【摘要】：本文選取常物性Al 1100/Ti-6Al-4V/ZrO2FGM板作為研究對象,依據(jù)Kerner細觀力學(xué)法則定義其物參模型,并基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論,導(dǎo)出了常物性2D-FGM平面熱彈性力學(xué)問題的基本控制方程,建立了其平面熱傳導(dǎo)問題及熱應(yīng)力問題的變分定理,推導(dǎo)出了該力學(xué)問題的有限元基本方程,進而獲得其數(shù)值計算結(jié)果,并應(yīng)用數(shù)學(xué)分析法得到簡化后的解析結(jié)果,與有限元數(shù)值結(jié)果進行對比,檢驗了研究結(jié)果的正確性。最后,根據(jù)計算結(jié)果,獲得了常物性2D-FGM平面區(qū)域瞬態(tài)冷卻熱應(yīng)力分布圖形,同時分析了組分分布形狀系數(shù)對其影響。結(jié)果表明：組分分布形狀系數(shù)mx和my對2D-FGM板瞬態(tài)冷卻熱應(yīng)力分布影響頗大,隨著mx和my的增大,應(yīng)力場分布越來越均勻。當上邊界采用不同的加熱溫度函數(shù)時,mx(my)等于1.0,my(mx)從1.0增加到10.0時,整個FGM平面內(nèi)各位置處的熱應(yīng)力都是逐漸增大的。當上下邊界分別施加加熱溫度函數(shù)Tb=1300K.Ta=500K,mx等于1.0,my從1.0增加到10.0時,點x/l,x/b(0.5,0.5)處的應(yīng)力值從340MPa增加到920MPa,增加了63%；my等于1.0,mx從1.0增加到10.0時,板內(nèi)最小應(yīng)力值從260MPa增加到440MPa,增加率為40.9%。結(jié)構(gòu)幾何形狀及邊界條件均關(guān)于軸x=x/l=0.5對稱,若考慮到熱導(dǎo)率的不同,其應(yīng)力場表現(xiàn)為非對稱分布,從左到右板中的應(yīng)力值均由大變小,例如,當上邊界加熱溫度函數(shù)為Tb=1300K,my=10.0時,在x/l=0.2、y/b=0.4處與其對稱位置x/l=0.8、y/b=0.4處的溫度值分別為2300 MPa和1420MPa,前者比后者增大61.97%。此外,考慮板的外界約束條件為四周固定,且結(jié)構(gòu)在冷卻過程中收縮,結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力,致使2D-FGM板在冷卻邊界條件下產(chǎn)生的瞬態(tài)應(yīng)力值均為正值。因此,設(shè)計和應(yīng)用中,通過選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)以減小熱應(yīng)力,進而滿足實際需求。
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB34

【參考文獻】

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本文編號：2518105