基于物理中面功能梯度材料板殼結構分析.pdf

1、功能梯度材料(FGM)，在宏觀與微觀上都是非均質復合材料，一般是由陶瓷與金屬復合而成，其材料組分從純陶瓷表面到純金屬表面呈連續(xù)梯度變化，導致了材料性質與等效物理參數也是梯度平緩變化。這使得FGM在工程應用中，特別在航天工業(yè)、聚變堆與核工業(yè)等高溫環(huán)境中，有著傳統(tǒng)纖維-基體復合材料無法比擬的優(yōu)點。本文基于物理中面的概念與經典非線性板殼理論，建立了關于FGM板、圓柱殼與雙曲率扁殼的基本方程。物理中面板殼理論具有面內變形與橫向彎曲解耦的特點，又

2、因為控制方程與邊界條件簡潔，使得分析FGM板殼力學行為的難度降低。
　　 在線性分析中，用解析的方法分析了FGM板、圓柱殼與雙曲率扁殼彎曲、振動與屈曲等力學行為。分析結果表明，FGM板殼的無量綱撓度隨著梯度參數的增加而減小，而無量綱振動頻率與臨界屈曲載荷隨著梯度參數的增加而增加。
　　 在非線性分析中，用Galerkin變分法分析了FGM板殼在熱-機載荷作用下的非線性彎曲，大幅度振動，過屈曲等力學行為。主要結論有：

3、>　　 在對FGM板、圓柱殼與雙曲率扁殼的非線性彎曲分析中，在機械載荷作用下FGM板殼的彎曲力學行為介于純金屬于與純陶瓷之間，但是在熱-機載荷聯合作用下，FGM板殼的彎曲力學行為并不都是如此。在相同的熱載作用下，簡支FGM板殼都有較大的初始撓度，固支殼只有微小的初始撓度，而固支板在沒有發(fā)生熱過屈曲變形時無初始撓度。當FGM殼的幾何參數大于臨界幾何參數時，FGM殼隨著荷載的增加會發(fā)生跳躍失穩(wěn)現象，其中臨界幾何參數與邊界支撐條件，溫度載荷

4、、梯度參數有關。
　　 在對FGM板殼非線性振動的分析中，當振幅趨近零時，FGM板殼的振動頻率趨近線性解，板的振動頻率隨著振幅的增大而升高，而FGM殼的振動頻率隨振幅的變化比較復雜。
　　 在對FGM板過屈曲變形的分析中，簡支FGM板的撓度隨著邊界壓力載荷的增加而增加，當壓力趨近線性臨界屈曲壓力時，簡支FGM板的撓度趨近零。隨著熱載荷參數的增加，固支FGM板會發(fā)生屈曲分叉，而簡支FGM板則不會。在相同熱載荷作用的條件下，