功能梯度材料壓力容器熱力耦合應(yīng)力分析.pdf

1、功能梯度材料(Functionally Graded Material，F(xiàn)GM)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，F(xiàn)GM壓力容器結(jié)構(gòu)熱力耦合力學(xué)行為分析成為國內(nèi)外研究難點(diǎn)

2、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簡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結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布影響。
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3、)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簡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FGM壓力容器三向應(yīng)力分布的影響。