检索结果-南通市图书馆

功能梯度材料环形热源三维瞬态温度场计算方法

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计算物理 2024年第3期41卷 367-379页

作者：索雪峰何登辉王华栋曹伟长安大学工程机械学院陕西西安710064

针对环形热源作用下功能梯度材料三维瞬态热传导分析复杂且耗时的问题,通过傅里叶-拉普拉斯频响函数、拉普拉斯数值逆变换和二维离散傅里叶逆变换建立指数梯度材料环形热源热传导半解析方法,并与三维傅里叶变换方法以及有限元方法(FEM)... 详细信息

针对环形热源作用下功能梯度材料三维瞬态热传导分析复杂且耗时的问题,通过傅里叶-拉普拉斯频响函数、拉普拉斯数值逆变换和二维离散傅里叶逆变换建立指数梯度材料环形热源热传导半解析方法,并与三维傅里叶变换方法以及有限元方法(FEM)进行对比,验证本文方法的可靠性。基于半解析方法对比环形热源和高斯热源作用下温度和温度梯度响,算例表明:温度和温度梯度分布对环形热源内、外径以及材料梯度指数响应不同;相比高斯热源,环形热源的温度场和温度梯度场相对均匀,改变热源内外径可调节温度峰值和温度梯度峰值。

关键词：环形热源功能梯度材料三维瞬态热传导半解析方法

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功能梯度材料结构热力耦合概率分析方法

计算力学学报 2022年第2期39卷 237-243页

作者：刘健张琨李滕辛健强姚建尧重庆大学航空航天学院重庆400044 中国航天科技集团公司第一研究院系统工程业务部北京100076 重庆大学非均质材料力学重庆市重点实验室重庆400044

基于自洽平均微观力学W-T(Wakashima-Tsukamoto)模型和拉丁超立方抽样,建立一种功能梯度平板热力耦合概率分析方法。以材料物理属性和空间分布的不确定性随机参数作为概率分析的输入,以热应力作为输出,基于本征正交分解POD(Proper Ortho... 详细信息

基于自洽平均微观力学W-T(Wakashima-Tsukamoto)模型和拉丁超立方抽样,建立一种功能梯度平板热力耦合概率分析方法。以材料物理属性和空间分布的不确定性随机参数作为概率分析的输入,以热应力作为输出,基于本征正交分解POD(Proper Orthogonal Decomposition)对热应力的随机时间历程进行变量减缩,进而构建Kriging代理模型。结果表明,陶瓷材料的热导率和热膨胀系数不确定性对结构的热响应有很大的影响;将POD方法用于热应力时间历程预测能显著提高Kriging代理模型的精度和效率;提出的概率分析方法能够同时考虑多种随机因素对功能梯度材料热响应的影响,并验证了该方法的准确性和有效性,为功能梯度材料及其结构的设计和灵敏度分析提供了参考。

关键词：功能梯度材料热响应不确定性概率分析代理模型降阶模型

功能梯度材料打印路径体素化的信息融合方法研究

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机械科学与技术 2023年第9期42卷 1467-1473页

作者：韩硕彭壮壮段国林河北工业大学机械工程学院天津300401 承德应用技术职业学院智能制造系河北承德067000

目前,功能梯度材料模型的构建方法尚未成熟,仍需要建立一种新的算法,将功能梯度材料的材料组分信息附加到路径规划中,以实现材料空间到几何空间的映射。以Visual Studio 2019为开发平台,利用OpenGL进行可视化分析;将打印路径体素化,对... 详细信息

目前,功能梯度材料模型的构建方法尚未成熟,仍需要建立一种新的算法,将功能梯度材料的材料组分信息附加到路径规划中,以实现材料空间到几何空间的映射。以Visual Studio 2019为开发平台,利用OpenGL进行可视化分析;将打印路径体素化,对材料组分进行设计与计算,并映射至几何坐标中,构建出有连续梯度变化的目标模型;生成具有几何信息和材料信息的新型G代码,并用于功能梯度材料精准3D打印。结果表明:利用路径体素化的方法,可以精准控制材料模型的梯度变化。

关键词：功能梯度材料 3D打印体素精准控制

功能梯度材料制动盘热-力耦合分析及结构优化

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兵器材料科学与工程 2023年第2期46卷 12-18页

作者：张庆永何立科王辉许赛芸王宇超左一成杨旭东福建工程学院机械与汽车工程学院福建福州350118

用Abaqus有限元软件仿真分析功能梯度材料(FGM)制动盘在制动工况下的热-力耦合状态。FGM制动盘用夹心梯度式分布结构,中心为纯AlSi10Mg合金,表面为铸铁HT250,中间材料呈梯度分布逐渐过渡。通过比较FGM、纯铝合金、纯铸铁制动盘表面温度... 详细信息

用Abaqus有限元软件仿真分析功能梯度材料(FGM)制动盘在制动工况下的热-力耦合状态。FGM制动盘用夹心梯度式分布结构,中心为纯AlSi10Mg合金,表面为铸铁HT250,中间材料呈梯度分布逐渐过渡。通过比较FGM、纯铝合金、纯铸铁制动盘表面温度场和热应力场分布,分析FGM结构的特点。结果表明:同种工况下的高强度热冲击,FGM制动盘的安全系数最高,使用寿命更长。同时研究了一种不同分级指数n控制下的不同梯度特征结构,分级指数n为1.5时,FGM制动盘的热-力学性能和减质量效果最佳。

关键词：功能梯度材料分级指数温度场热应力场热-力学性能

功能梯度材料环形热源三维瞬态温度场计算方法

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计算物理 2023年

作者：索雪峰何登辉王华栋曹伟长安大学工程机械学院

针对环形热源作用下功能梯度材料三维瞬态热传导分析复杂且耗时的问题，通过傅里叶-拉普拉斯频响函数、拉普拉斯数值逆变换和二维离散傅里叶逆变换建立了指数梯度材料环形热源热传导半解析方法，并与文献中的三维傅里叶变换方法以及有... 详细信息

针对环形热源作用下功能梯度材料三维瞬态热传导分析复杂且耗时的问题，通过傅里叶-拉普拉斯频响函数、拉普拉斯数值逆变换和二维离散傅里叶逆变换建立了指数梯度材料环形热源热传导半解析方法，并与文献中的三维傅里叶变换方法以及有限元方法（FEM）进行了对比，以验证本文方法的可靠性。基于半解析方法对比了环形热源和高斯热源作用下温度和温度梯度响应以及其峰值的敏感度。算例表明：温度和温度梯度分布对环形热源内、外径以及材料梯度指数响应不同；温度峰值和温度梯度峰值均对热源外径和热传导系数较为敏感，热源内径仅对温度梯度峰值影响显著；相比高斯热源，环形热源的温度场和温度梯度场相对均匀，改变热源内外径可调节温度峰值和温度梯度峰值。

关键词：环形热源功能梯度材料三维瞬态热传导敏感度半解析方法

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功能梯度材料胫骨假体的有限元分析

中国组织工程研究 2022年第22期26卷 3543-3549页

作者：李志陈维毅王晨艳相昌鑫兰伟伟王长江郭媛太原理工大学生物医学工程学院山西省太原市030024 Sussex大学工程与信息学院英国布莱顿BNI 9RH

背景:全膝关节置换后胫骨衬垫的过度磨损,以及关节假体的无菌性松动是导致膝关节假体失效的主要原因。假体与骨骼力学强度差异过大会导致骨上产生应力遮挡,进而诱发假体无菌性松动。目的:利用有限元方法分析植入功能梯度材料(functional... 详细信息

背景:全膝关节置换后胫骨衬垫的过度磨损,以及关节假体的无菌性松动是导致膝关节假体失效的主要原因。假体与骨骼力学强度差异过大会导致骨上产生应力遮挡,进而诱发假体无菌性松动。目的:利用有限元方法分析植入功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)胫骨假体后胫骨假体与胫骨近端松质骨的应力响应。方法:设计了两种不同孔隙率参数的钛合金-羟基磷灰石复合功能梯度材料(命名为FGMⅠ、FGMⅢ)和一种钛合金-理想骨弹性材料复合功能梯度材料(命名为FGMⅡ),其中FGMⅠ的孔隙率参数分别为0.1,1,1,FGMⅡ和FGMⅢ的孔隙率参数分别为0.4,0,1。建立全膝关节置换三维有限元模型,利用仿真软件Abaqus分析FGM与钛合金材料胫骨假体植入后,在伸直位0°及屈曲位30°和60°三种工况下胫骨假体与胫骨松质骨上的应力分布变化。结果与结论:(1)在不同工况下,与钛合金胫骨假体相比,FGM胫骨假体的最大Von Mises应力显著降低,且其松质骨与假体柄端接触部位上的应力明显减小。(2)胫骨松质骨沿不同路径的应力曲线和平均应力表明,在不同工况下,与钛合金胫骨假体相比,使用FGM假体后胫骨近端松质骨上的应力均有提升,其中FGMⅠ提高5.4%-17.3%,FGMⅡ提高1.0%-13.5%,FGMⅢ提高1.6%-15.4%。(3)结果表明,FGM胫骨假体有助于增加胫骨近端松质骨上的应力,减弱胫骨近端的应力遮挡效应,进而可降低胫骨假体无菌性松动发生的概率,延长假体的寿命,且FGMⅠ在3种FGM假体中效果最好。

关键词：功能梯度材料胫骨假体有限元应力应力遮挡无菌性松动膝关节假体

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功能梯度材料微梁的热弹性阻尼研究

力学学报 2017年第2期49卷 308-316页

作者：许新李世荣扬州大学建筑科学与工程学院江苏扬州225127

基于Euler-Bernoulli梁理论和单向耦合的热传导理论,研究了功能梯度材料(functionally graded material,FGM)微梁的热弹性阻尼(thermoelastic damping,TED).假设矩形截面微梁的材料性质沿厚度方向按幂函数连续变化,忽略了温度梯度在轴... 详细信息

基于Euler-Bernoulli梁理论和单向耦合的热传导理论,研究了功能梯度材料(functionally graded material,FGM)微梁的热弹性阻尼(thermoelastic damping,TED).假设矩形截面微梁的材料性质沿厚度方向按幂函数连续变化,忽略了温度梯度在轴向的变化,建立了单向耦合的变系数一维热传导方程.热力耦合的横向自由振动微分方程由经典梁理论获得.采用分层均匀化方法将变系数的热传导方程简化为一系列在各分层内定义的常系数微分方程,利用上下表面的绝热边界条件和界面处的连续性条件获得了微梁温度场的分层解析解.将温度场代入微梁的运动方程,获得了包含热弹性阻尼的复频率,进而求得了代表热弹性阻尼的逆品质因子.在给定金属-陶瓷功能梯度材料后,通过数值计算结果定量分析了材料梯度指数、频率阶数、几何尺寸以及边界条件对TED的影响.结果表明:(1)若梁长固定不变,梁厚度小于某个数值时,改变陶瓷材料体积分数可以使得TED取得最小值;(2)固有频率阶数对TED的最大值没有影响,但是频率阶数越高对应的临界厚度越小;(3)不同的边界条件对应的TED的最大值相同,但是随着支座约束刚度增大对应的临界厚度减小;(4)TED的最大值和对应的临界厚度随着金属组分的增大而增大.

关键词：功能梯度材料微梁热弹性阻尼能量耗散自由振动

功能梯度材料动态耦合热弹性问题的局部径向基函数配点法

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功能梯度材料动态耦合热弹性问题的局部径向基函数配点法

作者：赖小玲南昌大学

学位级别：硕士

功能梯度材料(Functionally graded materials,FGMs)在极端高温环境下仍能保持良好的力学性能,从而在航空航天、核工程等高新技术领域得到广泛的应用。功能梯度材料在使用过程中经常受到热力冲击载荷作用,因此研究功能梯度材料在热力冲... 详细信息

功能梯度材料(Functionally graded materials,FGMs)在极端高温环境下仍能保持良好的力学性能,从而在航空航天、核工程等高新技术领域得到广泛的应用。功能梯度材料在使用过程中经常受到热力冲击载荷作用,因此研究功能梯度材料在热力冲击载荷作用下的动态响应对其安全使用及结构优化设计有着非常重要的意义。目前,功能梯度材料结构的动态耦合热弹性分析主要是基于网格类的数值计算方法,对于复杂结构,其前处理工作量及耗费的时间往往比计算求解过程还多,计算精度也严重受网格质量制约。近年来,无网格局部径向基函数配点法(Local radial basis function collocation method,LRBFCM)因其简单、高效而得到发展。本文将无网格局部径向基函数配点法应用于功能梯度材料热力冲击问题的研究,采用后向差分法(Backward Difference Method,BDM)离散时间,引入修正的Franke经验公式选取理想的形状参数,通过合理的布置节点,逐步建立二维功能梯度材料瞬态热传导问题、弹性动力学问题和动态耦合热弹性问题的数值模型,为功能梯度材料动态耦合热弹性分析提供新的研究思路。通过与有限元软件COMSOL Multiphysics的数值结果进行对比,验证本文所提出方法的有效性。具体工作内容如下:(1)基于瞬态热传导理论,采用后向差分法的时间离散方案,建立用于求解功能梯度材料二维瞬态热传导问题的无网格局部径向基函数配点法。通过数值算例验证该方法的准确有效性,同时探讨配置点个数和时间步长对计算精度和稳定性的影响。(2)基于弹性动力学理论,用局部径向基函数配点法对功能梯度材料二维弹性动力学问题进行空间离散,利用修正的Franke经验公式寻找理想的形状参数,并采用后向差分法求解空间离散后的二阶常微分方程组获得结构的动态响应,建立二维功能梯度材料弹性动力学问题的无网格局部径向基函数配点法。通过数值算例验证该方法的准确有效性,并研究配置点个数和时间步长对结构动态响应的影响。(3)基于线弹性动态耦合热弹性问题的基本理论,建立二维功能梯度材料动态耦合热弹性问题的局部径向基函数配点法。通过数值算例验证本文方法的有效性,研究配置点个数和时间步长的影响,并讨论热力冲击载荷以及热载荷与机械载荷联合作用下温度场与位移场之间的耦合影响,为动态耦合热弹性问题的简化计算提供理论依据。数值结果表明局部径向基函数配点法求解功能梯度材料动态耦合热弹性问题时,具有操作简单,计算结果准确,收敛速度快的特点。本文方法和程序不仅适用于求解功能梯度材料动态耦合热弹性问题,还适用于各种退化情况,如均质材料动态耦合热弹性问题、拟静态热弹性问题、功能梯度材料弹性动力学问题和功能梯度材料瞬态热传导问题。

关键词：局部径向基函数配点法功能梯度材料瞬态热传导弹性动力学动态耦合热弹性问题

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功能梯度材料圆柱壳固有频率解的均匀化表示

船舶力学 2020年第12期24卷 1636-1646页

作者：杨萌梁斌李戎刘林霞河南科技大学土木工程学院河南洛阳471023

本文研究了功能梯度材料(FGM)圆柱壳与相应均匀材料圆柱壳固有频率解之间的相似转化关系。假定FGM圆柱壳材料性质按体积分数幂指数沿厚度方向连续变化,利用梯度材料和均匀材料物理性质和力学行为影响规律,针对不同边界条件,建立FGM圆柱... 详细信息

本文研究了功能梯度材料(FGM)圆柱壳与相应均匀材料圆柱壳固有频率解之间的相似转化关系。假定FGM圆柱壳材料性质按体积分数幂指数沿厚度方向连续变化,利用梯度材料和均匀材料物理性质和力学行为影响规律,针对不同边界条件,建立FGM圆柱壳固有频率解与参考均匀材料圆柱壳之间解析转换关系,给出计算转换系数公式。将针对FGM圆柱壳固有频率求解简化为具有相同尺寸、边界条件和载荷工况的均匀材料圆柱壳固有频率求解以及这两者之间转换系数计算问题,最终实现FGM圆柱壳宏观力学行为均匀化表示。经算例分析比较,验证了本方法的有效性、正确性与工程应用的便利性。本研究采用简便有效的计算方法求解FGM圆柱壳的振动问题,为非均匀结构力学行为分析提供新的探索途径。

关键词：圆柱壳功能梯度材料 Love理论波动法固有频率转换关系