【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(jià)更為低廉的優(yōu)點(diǎn),因此在航空航天、交通運(yùn)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(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)不僅需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)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(jiǎn)單的金屬矩形板的熱屈曲問題入手,研究邊界條件對(duì)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(duì)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(duì)金屬圓柱殼的熱屈曲設(shè)計(jì)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(shí),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(duì)臨界屈曲溫升進(jìn)行數(shù)值求解,從而驗(yàn)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(jì)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(jì)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(jì)人員計(jì)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(shí)際生產(chǎn)過程中圓柱殼結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)橹圃旃に嚨南拗贫嬖诟黝悗缀稳毕�。�?duì)此,論文基于Koiter模型和Galerkin方法進(jìn)一步對(duì)含F(xiàn)GM涂層和軸對(duì)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(duì)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(duì)稱缺陷的圓柱殼抗熱屈曲設(shè)計(jì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2663271