均勻材料與功能梯度材料圓柱殼的熱沖擊響應(yīng).pdf

1、圓柱殼是工程應(yīng)用中的基本結(jié)構(gòu)之一，且經(jīng)常受熱沖擊載荷作用（如:氣動(dòng)加熱，激光加熱等）。熱沖擊過(guò)程中，由于溫度的急劇變化，物體內(nèi)部產(chǎn)生沖擊熱應(yīng)力，導(dǎo)致物體的快速變形，對(duì)這些量進(jìn)行定量分析具有重要的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本論文研究均質(zhì)材料圓柱殼和功能梯度復(fù)合材料圓柱殼在熱沖擊下的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)，主要內(nèi)容如下:
　　1.基于經(jīng)典殼理論，運(yùn)用Hamilton原理推導(dǎo)獲得了兩端不可移簡(jiǎn)支均質(zhì)薄圓柱殼熱沖擊問(wèn)題的物理模型。針對(duì)內(nèi)表面受均勻熱沖擊載

2、荷作用時(shí)的圓柱殼，首先采用Laplace變換和級(jí)數(shù)展開(kāi)相結(jié)合的方法求解熱傳導(dǎo)方程，得到殼體內(nèi)部的動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)及熱軸力和熱彎矩;然后考慮殼體的軸對(duì)稱(chēng)應(yīng)力與變形，采用微分求積法(DQM)求解動(dòng)力學(xué)控制方程，得到殼體動(dòng)力響應(yīng)的位移及應(yīng)力的數(shù)值結(jié)果。詳細(xì)分析和討論了熱沖擊載荷與殼體結(jié)構(gòu)的幾何尺寸對(duì)殼體中心撓度、軸向位移、彎曲構(gòu)形和動(dòng)態(tài)熱應(yīng)力的影響。
　　2.基于經(jīng)典殼理論，運(yùn)用Hamilton原理推導(dǎo)獲得了兩端不可移簡(jiǎn)支功能梯度材料薄圓柱殼

3、熱沖擊問(wèn)題的物理模型。其中假設(shè)功能梯度材料的物理性能參數(shù)沿厚度方向按照冪函數(shù)形式連續(xù)變化，殼體的內(nèi)表面受均勻熱沖擊載荷作用。采用與求解均質(zhì)圓柱殼動(dòng)力學(xué)響應(yīng)相同的辦法求解功能梯度圓柱殼的沖擊響應(yīng)。首先采用Laplace變換和級(jí)數(shù)展開(kāi)相結(jié)合的方法求解了問(wèn)題的一維熱傳導(dǎo)方程，得到動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)與熱軸力和熱彎矩，分析了梯度材料的體積分?jǐn)?shù)指數(shù)對(duì)溫度響應(yīng)的影響;然后將微分求積法推廣到求解本問(wèn)題的變系數(shù)偏微分動(dòng)力學(xué)控制方程，得到了殼體動(dòng)力響應(yīng)的數(shù)值結(jié)果。

4、將功能梯度圓柱殼退化為均質(zhì)圓柱殼時(shí)所得撓度與已有均質(zhì)圓柱殼的撓度相比較，證明了本文理論推導(dǎo)與數(shù)值求解的正確性。最后詳細(xì)分析和討論了功能梯度圓柱殼分別在純陶瓷和純金屬表面施加熱沖擊載荷時(shí)，材料的體積分?jǐn)?shù)指數(shù)對(duì)殼體幾何中心的撓度、彎曲構(gòu)形和不同位置處動(dòng)態(tài)應(yīng)力的影響，驗(yàn)證了材料性能的梯度變化對(duì)熱沖擊應(yīng)力的緩解作用。
　　研究結(jié)果表明:熱沖擊載荷參數(shù)、材料的梯度參數(shù)、殼體的形狀參數(shù)等對(duì)圓柱殼動(dòng)態(tài)位移及應(yīng)力響應(yīng)均有較大影響。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，功