本文關(guān)鍵詞：功能梯度材料壓力容器熱力耦合應(yīng)力分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：功能梯度材料(Functionally Graded Material, FGM)是21世紀(jì)最具前景的新型材料之一,呈現(xiàn)出優(yōu)良的防熱、耐腐蝕和可設(shè)計(jì)性。功能梯度材料壓力容器是一種根據(jù)實(shí)際情況需要而設(shè)計(jì)成為一種材料呈梯度分布、復(fù)合而成的軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)型殼體結(jié)構(gòu),內(nèi)、外層用來抵抗腐蝕或隔熱,而且根據(jù)內(nèi)外層結(jié)構(gòu)不同的受力變形程度,設(shè)計(jì)成不同材料制造,從而起到降低成本,減輕結(jié)構(gòu)重量的功能。目前,FGM壓力容器結(jié)構(gòu)熱力耦合力學(xué)行為分析成為國(guó)內(nèi)外研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)。為了跟蹤這些研究熱點(diǎn),本文在前人研究工作的基礎(chǔ)上開展了以下幾方面的研究工作。 (1)僅考慮在內(nèi)壓載荷作用下,基于小應(yīng)變線彈性理論和變系數(shù)微分方程歐拉法,推導(dǎo)了材料組分沿壁厚呈指數(shù)變化的功能梯度材料壓力容器筒體和半球形封頭三向應(yīng)力的解析解,并基于有限元數(shù)值方法,驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的準(zhǔn)確性。結(jié)合具體案例,分別繪制出殼體各向應(yīng)力的理論解與數(shù)值解沿徑向厚度的關(guān)系曲線,并比較分析了彈性模量梯度因子對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布影響。 (2)由于FGM能夠很好的緩解熱應(yīng)力,為此,本文還考慮了在溫度載荷作用下FGM壓力容器三向應(yīng)力分布特性。首先通過建立功能梯度材料溫度分布函數(shù)模型,然后推導(dǎo)了功能梯度材料壓力容器筒體和半球形封頭三向熱應(yīng)力解析解,最后基于有限元數(shù)值方法驗(yàn)證了理論推導(dǎo)公式的準(zhǔn)確性。同時(shí),根據(jù)線性疊加原理,給出了FGM壓力容器在內(nèi)壓和溫度同時(shí)作用下的三向應(yīng)力計(jì)算式,并討論了彈性模量梯度因子、熱膨脹系數(shù)梯度因子和熱導(dǎo)率梯度因子對(duì)FGM壓力容器三向應(yīng)力分布的影響。 (3)考慮到FGM高昂的制造成本和涂層技術(shù)的日趨成熟,本文還研究了嵌入功能梯度材料的“三明治”結(jié)構(gòu)復(fù)合材料(三層結(jié)構(gòu),中間為功能梯度材料,兩側(cè)為單一金屬材料)壓力容器的三向應(yīng)力分布特性,同樣基于有限元數(shù)值法驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的準(zhǔn)確性,并詳細(xì)討論了該“三明治”材料結(jié)構(gòu)在內(nèi)壓和溫度作用下應(yīng)力分布特性。
【關(guān)鍵詞】：壓力容器 功能梯度材料 熱力耦合 有限元 應(yīng)力分析
【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】：2013
【分類號(hào)】：TH49;TB34
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 功能梯度材料簡(jiǎn)介11-13
• 1.3 功能梯度材料薄殼結(jié)構(gòu)及壓力容器力學(xué)行為研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3.1 內(nèi)壓載荷下功能梯度材料殼體應(yīng)力分析13-14
• 1.3.2 溫度載荷下功能梯度材料殼體應(yīng)力分析14-15
• 1.3.3 功能梯度材料殼體結(jié)構(gòu)屈曲行為分析15-16
• 1.3.4 功能梯度材料殼體高溫蠕變及疲勞斷裂研究16-17
• 1.3.5 功能梯度材料壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究17-18
• 1.4 含功能梯度材料的“三明治”結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析進(jìn)展18-19
• 1.5 課題提出與研究?jī)?nèi)容19-21
• 2 功能梯度材料壓力容器在內(nèi)壓作用下的應(yīng)力分析21-36
• 2.1 功能梯度材料物性參數(shù)模型21-22
• 2.2 功能梯度材料壓力容器筒體在內(nèi)壓下的應(yīng)力推導(dǎo)22-27
• 2.2.1 基本方程23-24
• 2.2.2 求解方法24-25
• 2.2.3 邊界條件25-26
• 2.2.4 軸向應(yīng)變求解26-27
• 2.2.5 三向應(yīng)力計(jì)算式27
• 2.3 功能梯度材料壓力容器半球形封頭在內(nèi)壓下的應(yīng)力推導(dǎo)27-29
• 2.3.1 基本方程27-28
• 2.3.2 求解方法28-29
• 2.3.3 三向應(yīng)力計(jì)算式29
• 2.4 結(jié)果驗(yàn)證29-35
• 2.4.1 有限元建模29-30
• 2.4.2 結(jié)果分析與討論30-33
• 2.4.3 單性模量梯度因子對(duì)三向應(yīng)力分布影響33-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 3 功能梯度材料壓力容器在溫度載荷下的應(yīng)力分析36-63
• 3.1 功能梯度材料熱物性參數(shù)與溫度分布模型36-38
• 3.2 FGM壓力容器筒體在溫度載荷下的熱應(yīng)力推導(dǎo)38-41
• 3.2.1 基本方程38-39
• 3.2.2 邊界條件39
• 3.2.3 軸向應(yīng)變39-40
• 3.2.4 三向應(yīng)力計(jì)算式40-41
• 3.3 FGM壓力容器半球形封頭在溫度載荷下的熱應(yīng)力推導(dǎo)41-43
• 3.3.1 基本方程41-42
• 3.3.2 求解方法42
• 3.3.3 三向應(yīng)力計(jì)算式42-43
• 3.4 FGM壓力容器在熱力耦合下的應(yīng)力分析43-45
• 3.4.1 線形疊加原理43-44
• 3.4.2 FGM壓力容器熱應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力疊加44-45
• 3.5 結(jié)果驗(yàn)證與討論45-62
• 3.5.1 筒體熱應(yīng)力結(jié)果分析45-47
• 3.5.2 半球形封頭熱應(yīng)力結(jié)果分析47-48
• 3.5.3 熱力耦合條件下的結(jié)果驗(yàn)證48-50
• 3.5.4 梯度因子對(duì)應(yīng)力分布曲線的影響50-62
• 3.6 本章小結(jié)62-63
• 4 功能梯度材料“三明治”結(jié)構(gòu)壓力容器筒體的應(yīng)力分析63-81
• 4.1 含功能梯度材料的“三明治”結(jié)構(gòu)復(fù)合材料63-64
• 4.2 “三明治”材料各層物性參數(shù)與界面溫度模型64-66
• 4.2.1 各層物性參數(shù)表達(dá)式64-65
• 4.2.2 層層界面溫度計(jì)算模型65-66
• 4.3 “三明治”結(jié)構(gòu)壓力容器筒體的三向應(yīng)力推導(dǎo)66-74
• 4.3.1 “三明治”結(jié)構(gòu)壓力容器筒體在內(nèi)壓下的應(yīng)力推導(dǎo)66-70
• 4.3.2 “三明治”結(jié)構(gòu)壓力容器筒體在溫度載荷下的應(yīng)力分析70-74
• 4.3.3 “三明治”結(jié)構(gòu)壓力容器筒體在熱力耦合下的應(yīng)力推導(dǎo)74
• 4.4 結(jié)果分析74-79
• 4.4.1 僅考慮內(nèi)壓的筒體應(yīng)力結(jié)果74-76
• 4.4.2 僅考慮溫度載荷的筒體應(yīng)力計(jì)算結(jié)果76-78
• 4.4.3 同時(shí)考慮內(nèi)壓和溫度的筒體應(yīng)力計(jì)算結(jié)果78-79
• 4.5 本章小結(jié)79-81
• 5 結(jié)論與展望81-83
• 5.1 研究工作總結(jié)81-82
• 5.2 研究展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況88-89
• 致謝89-90

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李婷;仲政;聶國(guó)雋;;一種特殊梯度分布的功能梯度圓柱殼的二維分析[J];力學(xué)季刊;2007年04期

2 陳警英;物理學(xué)中的疊加原理[J];云南教育學(xué)院學(xué)報(bào);1994年02期

3 黎培德;試論疊加原理[J];湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);1993年02期

  本文關(guān)鍵詞：功能梯度材料壓力容器熱力耦合應(yīng)力分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：403534