高性能功能梯度复合材料理论模型及力学行为分析

作     者：张学薇 张森林 吴振 

作者机构：中国直升机设计研究所 西北工业大学航空学院 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(12172295) 

主　　题：复合材料 功能梯度 理论模型 夹芯结构 位移和应力 

摘      要：已有研究表明，通过使用沿厚度方向X型分布碳纳米管（CNTs）增强表面层可有效提高复合材料夹芯结构抗屈曲能力。然而，采用如此构型将导致表面层刚度沿厚度方向突变，同时将使位移和应力发生骤变。因此，需要研究CNTs沿厚度方向分布构型对夹芯结构位移和应力的影响，目前鲜有高阶模型能准确分析此类问题。因此，通过使用新型局部位移函数，本文构建了高性能功能梯度复合材料理论模型。基于此模型，给出了功能梯度复合材料夹芯梁弯曲的解析解，通过分析典型夹芯结构弯曲问题，并与三维有限元解对比验证了发展模型的性能。随后研究了CNTs沿厚度方向分布构型对夹芯结构位移和应力的影响。数值分析结果表明，发展的高性能理论模型能准确预测碳纳米管增强复合材料夹芯结构位移和应力突变现象。