熱環(huán)境下FGM殼的振動特性及裂紋擴展分析.pdf

1、本論文以功能梯度材料（FGM）殼為研究對象，基于有限元離散分層思想建立殼結構動力學模型，研究熱環(huán)境下 FGM的物理特性，探討熱環(huán)境對 FGM殼動力學特性的影響以及和含裂紋FGM殼在熱沖擊下的裂紋擴展及損傷疲勞壽命估算。
　　首先，分析FGM在不同溫度場影響下的物理特性變化規(guī)律，探討物理特性變化使FGM殼初始剛度矩陣線性變化而引起的振動特性改變；然后，研究了熱環(huán)境下均勻、線性高溫引起的FGM殼非線性變形，及其內(nèi)外的溫度梯度產(chǎn)生的熱應

2、力，分析了熱應力、熱變形引起的FGM殼剛度變化和幾何參數(shù)變化；綜合考慮初始剛度矩陣、初始位移矩陣和熱應力矩陣，結合幾何邊界條件和物理特性參數(shù)探討了熱力耦合下的FGM殼的振動特性；最后，基于XFEM理論，對含裂紋FGM殼在熱沖擊下情況下的裂紋擴展及損傷疲勞進行研究，在給定裂紋位置和裂紋尺寸時，利用均勻溫度場下得到的材料物理特性和最大熱應力，及其第一階熱力耦合固有頻率加載的交變載荷簡化熱沖擊，仿真裂紋擴展過程，利用不考慮加載史的壽命估算方法

3、初步估算FGM殼熱損傷疲勞壽命。
　　通過數(shù)值計算，得出了不同體積分數(shù)指數(shù)FGM物理特性在均勻溫度場和線性溫度場下的變化規(guī)律；研究了不同溫度場下材料物理特性對FGM圓柱殼振動特性的影響規(guī)律，綜合考慮了均勻溫度場下熱應力，熱力耦合對FGM殼的影響規(guī)律和線性溫度場下熱應力，熱力耦合對FGM殼的影響規(guī)律。
　　結果表明，熱環(huán)境下FGM的物理特性發(fā)生了一系列的變化，物理特性的變化尤其是彈性模量的改變對 FGM殼的振動特性具有明顯的影