功能梯度壓電雙材料板中厚度扭曲波傳播

討論了彈性功能梯度材料板條中裂紋的反平面問(wèn)題,用fourier變換方法得到了一個(gè)基本解,這個(gè)基本解表示了實(shí)軸上一點(diǎn)作用有點(diǎn)位錯(cuò)時(shí)引起的影響,利用此基本解可得單裂紋和周期裂紋問(wèn)題的奇異積分方程,在周期裂紋求解時(shí),遠(yuǎn)處裂紋對(duì)于中央裂紋的影響作了有效的近似處理。最后,給出了數(shù)值結(jié)果,它表示了材料性質(zhì)對(duì)于裂紋端應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。

介紹了碳化鎢-鋼梯度功能材料的生產(chǎn)方法、原理、性能和特點(diǎn),并對(duì)該材料的應(yīng)用及前景做了簡(jiǎn)單的論述。

采用彈性理論建立了功能梯度材料板的靜力平衡方程,利用靜力平衡方程確定了功能梯度材料板的中性面位置,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了功能梯度材料板在均勻溫度場(chǎng)中的非線性振動(dòng)及屈曲微分方程組,求得了功能梯度材料圓板的非線性振動(dòng)及屈曲的近似解,討論分析了中性面位置、梯度指數(shù)、溫度等因素對(duì)功能梯度材料圓板非線性振動(dòng)及屈曲的影響.把該方法計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了該方法的計(jì)算結(jié)果是可靠的.算例分析表明,中性面位置對(duì)均勻溫度場(chǎng)中功能梯度材料圓板的非線性振動(dòng)及屈曲有一定影響.

利用奇異積分方程法研究?jī)蓚€(gè)功能梯度壓電壓磁條粘結(jié)在滲透和非滲透邊界情況下的ⅲ型裂紋問(wèn)題.首先通過(guò)積分變換得到問(wèn)題的形式解,然后利用邊界條件通過(guò)積分變換與留數(shù)定理得到了一組奇異積分方程,最后利用gauss-chebyshev方法進(jìn)行數(shù)值求解,討論了材料參數(shù)、非均勻參數(shù)以及裂紋幾何形狀等對(duì)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響.從結(jié)果可以看出,壓電壓磁復(fù)合材料中反平面問(wèn)題的應(yīng)力奇異形式與一般彈性材料中的反平面問(wèn)題應(yīng)力奇異形式相同.

利用有限元軟件ansys10.0的耦合場(chǎng)分析功能,根據(jù)有限元理論對(duì)功能梯度壓電結(jié)構(gòu)的在荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了分析。假設(shè)材料的力學(xué)和電學(xué)常數(shù)均沿板厚度z方向按同一函數(shù)規(guī)律變化。利用有限元軟件計(jì)算功能梯度壓電板在電荷載作用下的電勢(shì)與位移,并進(jìn)行分析,所得結(jié)果與文獻(xiàn)中的基本一致

文中基于經(jīng)典板殼理論,考慮物性參數(shù)和溫度的影響,研究了功能梯度材料圓柱殼的振動(dòng)問(wèn)題,對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)的理論研究和數(shù)值分析。

由功能梯度材料制成的概念性建筑構(gòu)件領(lǐng)域的研究和發(fā)展正在受到德國(guó)斯圖加特大學(xué)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)和概念設(shè)計(jì)研究所（ilek）的追捧。 在功能梯度材料的建筑構(gòu)件內(nèi)部，材料性能是在三維空間連續(xù)光滑變化的，能以最佳方式滿足局部結(jié)構(gòu)的、熱的或其他的要求。這種材料性能中的漸變性是通過(guò)改變材料的孔隙率，或通過(guò)改變不同成分的配比實(shí)現(xiàn)的。

首先分析以往功能梯度材料零件cad模型的優(yōu)缺點(diǎn),提出了基于幾何空間建模方法和基于材料空間建模方法的概念;接著提出了一種基于材料空間的功能梯度材料零件建模方法;然后給出了基于材料空間的功能梯度材料零件cad模型詳細(xì)實(shí)現(xiàn)方案,通過(guò)引入形式功能參數(shù)r,實(shí)現(xiàn)了材料空間分布函數(shù)的間接構(gòu)造;并且將真空作為特殊材料引入,用于實(shí)現(xiàn)材料微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后給出基于此模型的設(shè)計(jì)方法,并對(duì)一些二維平面特例進(jìn)行了分析,驗(yàn)證了此方法的可行性。

討論了反平面彈性功能梯度材料板條中的共線裂紋問(wèn)題。假定板條的上下側(cè)邊是固定的,用fourier變換方法得到了一個(gè)基本解。這個(gè)基本解表示了實(shí)軸上一點(diǎn)作用有點(diǎn)位錯(cuò)時(shí)引起的影響。利用此基本解可得共線裂紋問(wèn)題的奇異積分方程。給出了算例和裂紋端應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算結(jié)果。分析和討論了彈性常數(shù)和開(kāi)裂板條幾何尺寸對(duì)于應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。

采用逆解法求解了上表面受線性分布荷載作用的壓電懸臂梁執(zhí)行器,其中體積力fz呈非線性分布.首先確定了應(yīng)力函數(shù)和電位移函數(shù)的多項(xiàng)式表達(dá)式,進(jìn)而研究了該問(wèn)題的通解,以及體積力的不同分布對(duì)解答的影響.常體積力和無(wú)體力情況下的解可以由上述解直接得到.本文為研究其它類型的壓電梯度微觀結(jié)構(gòu)提供了一種可行的方法.

逆解法常被用來(lái)解決彈性力學(xué)問(wèn)題.本文在考慮材料具有非線性體積力的情況下,應(yīng)用該方法求解了在線性分布荷載作用下壓電懸臂梁的解析解,而常體力和無(wú)體力的解答是本文的特例.

采用流延法制備了成分梯度為10%(體積含量,下同)的對(duì)稱型zro2/不銹鋼功能梯度材料,利用成分分布函數(shù)和經(jīng)典層合板理論對(duì)成分和殘余熱應(yīng)力的分布進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析,觀察了其微觀形貌,并對(duì)截面的顯微硬度進(jìn)行了表征。結(jié)果表明:采用流延法制備的對(duì)稱型zro2/不銹鋼功能梯度材料成分過(guò)渡良好,梯度層界面結(jié)合緊密,與對(duì)稱型層狀zro2/不銹鋼復(fù)合材料相比,最大殘余熱應(yīng)力減小,熱應(yīng)力緩和效果明顯。

懸臂梁式壓電振動(dòng)換能器是一種新型的供電裝置,其設(shè)計(jì)受到加工過(guò)程等不確定因素影響。從遺傳算法和田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)的理論方法出發(fā),結(jié)合懸臂梁式壓電振動(dòng)換能器的理論模型,設(shè)計(jì)了以輸出平均功率為優(yōu)化目標(biāo)的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。利用目標(biāo)函數(shù)的梯度信息加速遺傳算法的收斂,以遺傳算法產(chǎn)生的每一代種群的最優(yōu)個(gè)體作為內(nèi)表中的一組數(shù)據(jù),利用外正交表計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)的信噪比,對(duì)優(yōu)化目標(biāo)信噪比進(jìn)行對(duì)比分析,得到一組最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)。將該組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的換能器與其它優(yōu)化方法得到參數(shù)對(duì)應(yīng)的換能器性能進(jìn)行對(duì)比,表明該組參數(shù)下,換能器有較好的工作特性。

以12mm厚意楊populusdeltoids板材為試材,在1mpa,100℃和2～5min條件下,實(shí)施橫向熱壓密實(shí)試驗(yàn),采用剖面密度梯度(vdp)測(cè)試儀獲取了密實(shí)后速生楊木鋸材的斷面密度分布,并利用建立的"密度-壓縮率"轉(zhuǎn)換公式,轉(zhuǎn)換為壓縮率數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)了木材斷面壓縮率的準(zhǔn)連續(xù)定量和定位。結(jié)果表明:①vdp技術(shù)可以準(zhǔn)確定量密實(shí)后木材各厚度微層的壓縮率;②意楊木材斷面壓縮率分布與剖面密度梯度類似,呈現(xiàn)表高芯低的寬"v"形;在試驗(yàn)工藝條件下,表層約50%厚度受到不同程度的壓縮,最大壓縮率達(dá)到34%～37%,而芯層未受到顯著壓縮。

為了獲得功能梯度裂紋板在沖擊載荷下的應(yīng)力場(chǎng),采用沖擊加載裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),測(cè)試裂紋板各點(diǎn)在三個(gè)方向上的應(yīng)變,利用彈性范圍內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系得到應(yīng)力場(chǎng)。由此獲得一種基于電測(cè)法的沖擊載荷作用下功能梯度裂紋板應(yīng)力場(chǎng)的測(cè)試技術(shù)。

wcsp是應(yīng)用金屬高能離子注滲技術(shù)的成果。此技術(shù)就是把欲滲金屬的原子電離成密度很高的離子,并使這些離子獲得高的能量,高速射入被滲金屬的表面,又快速擴(kuò)散到被滲金屬基體中去,在其表面層發(fā)生一系列物理、化學(xué)冶金反應(yīng),從而在被滲金屬表面層形成性能奇特的保護(hù)層。

從宏觀的角度總結(jié)了影響雙流澆注連續(xù)鑄造制備鋁合金梯度材料的因素,分析了確定澆注溫度、鑄造速度、內(nèi)澆包的導(dǎo)流管設(shè)計(jì)等關(guān)鍵工藝參數(shù)時(shí)需要注意的問(wèn)題,以便控制上述參數(shù)在一定的范圍內(nèi)變化,確保鋁合金獲得所期望的梯度分布。并以2024/3003合金的制備為例,提供了一些操作可行的參數(shù),這些工作將為雙流澆注連續(xù)鑄造制備鋁合金梯度材料提供指導(dǎo)

采用彈性理論建立了功能梯度材料板的靜力平衡方程,利用靜力平衡方程確定了功能梯度材料板的中性面位置,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了功能梯度材料板在溫度場(chǎng)中的非線性彎曲微分方程組,求得了圓板中心撓度與均布載荷的關(guān)系式,討論分析了梯度指數(shù)、溫度等因素對(duì)功能梯度材料板非線性彎曲的影響.把該方法計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了該方法的計(jì)算結(jié)果是可靠的.算例分析表明,中性面位置對(duì)溫度場(chǎng)中功能梯度材料圓板的非線性彎曲有一定影響,在荷載較大時(shí),宜考慮中性面位置對(duì)彎曲的影響.

本文利用激光直接制造技術(shù)(dlf-directlaserfaberication),從軟件控制的角度,論述了功能梯度材料零件激光加工的總體思路和實(shí)現(xiàn)方法。說(shuō)明了一維功能梯度材料零件中的平面和曲面的掃描路徑規(guī)劃方法的不同之處;一維和二維功能梯度材料零件加工實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù),例如一維功能梯度材料零件的不同材料含量隨層數(shù)變化的計(jì)算方法,二維梯度材料的切片層厚計(jì)算方法等等。

通過(guò)不施膠壓制單板條層積材(psl)板坯,測(cè)定板坯各層的密度分布規(guī)律并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明,板坯內(nèi)各層的單板條壓縮后密度呈正態(tài)分布。根據(jù)預(yù)測(cè)方程計(jì)算板坯密度梯度,并將密度梯度預(yù)測(cè)值與統(tǒng)計(jì)分布區(qū)間進(jìn)行比較,結(jié)果表明,當(dāng)熱壓壓力低于5mpa時(shí),計(jì)算值能較好地與統(tǒng)計(jì)區(qū)間吻合,板坯密度梯度不大;當(dāng)熱壓壓力為5mpa時(shí),計(jì)算值與統(tǒng)計(jì)區(qū)間相差較大,經(jīng)過(guò)分析修正,最終得出板坯密度梯度的計(jì)算模型。通過(guò)斷面密度掃描試驗(yàn),最終得出的計(jì)算模型能反映psl板坯的密度梯度。

為了解決地下工程混凝土的耐久性技術(shù)難題,在地下工程混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入梯度功能設(shè)計(jì)思路.采用cl-離子擴(kuò)散法檢測(cè)功能梯度混凝土的抗?jié)B性能,采用收縮試驗(yàn)評(píng)價(jià)其收縮變形一致性,采用顯微硬度計(jì)、sem測(cè)試其微觀性能.結(jié)果表明,與單一的高性能混凝土相比,功能梯度混凝土的抗?jié)B性能明顯提高,特別是其抗離子滲透性,cl-擴(kuò)散系數(shù)dnel下降了1~2個(gè)數(shù)量級(jí),表觀cl-擴(kuò)散系數(shù)da下降了50%左右;功能梯度混凝土的收縮變形匹配良好;適用于地下工程結(jié)構(gòu)混凝土保護(hù)層的無(wú)細(xì)觀界面過(guò)渡區(qū)水泥基材料的集料與水泥石界面過(guò)渡區(qū)由傳統(tǒng)混凝土的60~100μm細(xì)化為30μm以下,從而有效地阻斷了侵蝕性介質(zhì)的滲入通道.

大學(xué)物理的電磁學(xué)部分,對(duì)后續(xù)理論課程和工程應(yīng)用都十分重要.在講授時(shí)可以將基本物理理論與前沿科研應(yīng)用相結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維,同時(shí)使得物理知識(shí)貼近生活,具有鮮明的時(shí)代特征.提出了一種平行板電流電感梯度的近似計(jì)算方法,并利用有限元軟件進(jìn)行仿真,分析了該近似方法的適用條件.