功能梯度材料与结构的若干力学问题研究进展 被引量：108

1

作者 仲政 吴林志 陈伟球 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期528-541,共14页

功能梯度材料的宏观材料特性在空间上是连续变化的,因此即使在线弹性理论范围内,由于控制偏微分方程是变系数的,相应的力学分析具有很大的挑战性.综述了功能梯度材料与结构若干力学问题的最新研究进展,包括功能梯度材料梁、板、壳结构... 功能梯度材料的宏观材料特性在空间上是连续变化的,因此即使在线弹性理论范围内,由于控制偏微分方程是变系数的,相应的力学分析具有很大的挑战性.综述了功能梯度材料与结构若干力学问题的最新研究进展,包括功能梯度材料梁、板、壳结构的解析解与半解析解以及简化理论的研究、功能梯度材料结构的数值计算方法研究、功能梯度材料的断裂力学研究.最后对未来功能梯度材料与结构的力学研究进行了展望. 展开更多

关键词 功能梯度材料 结构分析 数值计算 断裂力学

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具有不同功能梯度分布函数的板件的三维分析 被引量：5

2

作者 程红梅 曹志远 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期516-519,共4页

发展了一种新颖的功能梯度结构分析的细观元法。细观元法对结构的常规有限单元内部设置密集细观单元以反映材料特性梯度变化,又通过协调条件将各细观元结点自由度转换为同一常规有限元自由度,再上机计算。这种细观元法既能充分反映材料... 发展了一种新颖的功能梯度结构分析的细观元法。细观元法对结构的常规有限单元内部设置密集细观单元以反映材料特性梯度变化,又通过协调条件将各细观元结点自由度转换为同一常规有限元自由度,再上机计算。这种细观元法既能充分反映材料功能梯度变化特性;而其计算单元又和常规有限元一样,是一种针对功能梯度结构分析的有效数值方法。文中通过细观元技术进行计算、分析,给出了具有不同功能梯度分布函数板件的力学量三维分布形态。 展开更多

关键词 功能梯度材料 梯度函数 三雏分析 细观元法

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功能梯度材料结构的热应力边界元分析 被引量：19

3

作者 高效伟 杨恺 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第1期136-143,共8页

导出了一种新的可对功能梯度材料结构进行二维和三维热应力分析的积分方程,利用该方程并结合多区域边界元三步求解技术,可对由任意多种介质组成的变物性参数复合结构进行热应力分析;采用与弹性模量无关的Kelvin解作为问题的基本解,导出... 导出了一种新的可对功能梯度材料结构进行二维和三维热应力分析的积分方程,利用该方程并结合多区域边界元三步求解技术,可对由任意多种介质组成的变物性参数复合结构进行热应力分析;采用与弹性模量无关的Kelvin解作为问题的基本解,导出的积分方程含有由材料的非均质性以及温度变化引起的域积分;使用径向积分法将所有的域积分转换成等价的边界积分,从而建立起只需要边界离散的无内部网格边界元算法;最后对两种典型的飞行器防热结构进行二维和三维热应力算例分析,并通过与有限元计算结构对比验证结果的正确性. 展开更多

关键词 功能梯度材料 热应力分析 边界单元法 径向积分法 飞行器热防护系统

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功能梯度材料矩形板的三维静动态响应分析 被引量：5

4

作者 周凤玺 李世荣 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期325-331,共7页

基于线弹性理论的基本方程,选用3个位移分量和3个应力分量作为状态变量,利用状态空间法建立了功能梯度矩形板的三维状态方程.考虑四边简支的边界条件,采用打靶法数值求解了材料常数沿板厚按幂率变化的弯曲问题和自由振动问题,为求解功... 基于线弹性理论的基本方程,选用3个位移分量和3个应力分量作为状态变量,利用状态空间法建立了功能梯度矩形板的三维状态方程.考虑四边简支的边界条件,采用打靶法数值求解了材料常数沿板厚按幂率变化的弯曲问题和自由振动问题,为求解功能梯度材料三维弹性响应提供了一种方法.并且给出了功能梯度材料三维矩形板的静动态响应受组分材料分布以及板厚长比变化的影响规律. 展开更多

关键词 功能梯度材料 三维分析 状态空间法 打靶法 静力弯曲 自由振动

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复杂形状及开孔功能梯度板的三维分析 被引量：2

5

作者 曹志远 唐寿高 程国华 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2009年第1期15-20,共6页

推导出适应功能梯度材料构件分析的半解析梯度有限元法基本算式,并针对功能梯度构件的材料参数随空间坐标变化的特点,将材料参数纳入到力学方程中进行整体积分计算,从而分析不同情况功能梯度板件问题.该法适应性强而又简洁高效,采用一... 推导出适应功能梯度材料构件分析的半解析梯度有限元法基本算式,并针对功能梯度构件的材料参数随空间坐标变化的特点,将材料参数纳入到力学方程中进行整体积分计算,从而分析不同情况功能梯度板件问题.该法适应性强而又简洁高效,采用一维离散,给出三维分析结果,是一种解决功能梯度构件力学分析的有效数值方法.用提出的方法分析几种具有复杂形状及开孔的功能梯度板,给出了板件的力学量三维分布形态. 展开更多

关键词 功能梯度材料 半解析法 复杂形状 开孔 三维分析

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功能梯度材料板件三维分析的半解析梯度有限元法 被引量：5

6

作者 曹志远 程国华 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期865-868,共4页

将半解析有限元与梯度有限元相结合,形成一种半解析梯度有限元来求解功能梯度材料板件问题。该方法兼有有限元法的适应性强、程序统一,半解析有限元法的节省单元与计算工作量,梯度有限元法的适应构件内部材料性能任意梯度分布等特点,并... 将半解析有限元与梯度有限元相结合,形成一种半解析梯度有限元来求解功能梯度材料板件问题。该方法兼有有限元法的适应性强、程序统一,半解析有限元法的节省单元与计算工作量,梯度有限元法的适应构件内部材料性能任意梯度分布等特点,并实现用一维数值计算给出构件三维分析结果。算例分析表明了方法的精度、功能与上述特点,充分揭示了功能梯度材料板件力学响应的三维形态。半解析梯度有限元法可推广应用到其他功能梯度材料面结构的各类分析中。 展开更多

关键词 功能梯度材料 三维分析 半解析有限元 梯度有限元

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沿板平面材料组分变异功能梯度板件分析 被引量：2

7

作者 曹志远 程红梅 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期1460-1465,共6页

发展了一种细观分析和宏观计算相结合的计算方法——细观元法.细观元法是使功能梯度构件宏观响应和材料组分的几何、物理、构造参数直接发生关联的分析方法,实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过度分析.细观元方法相比一般有限元法... 发展了一种细观分析和宏观计算相结合的计算方法——细观元法.细观元法是使功能梯度构件宏观响应和材料组分的几何、物理、构造参数直接发生关联的分析方法,实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过度分析.细观元方法相比一般有限元法不增加结点自由度,却使得功能梯度板件内任意方向细观结构变化得到反映.目前功能梯度板件分析只能处理材料特性沿厚度方向梯度变化,而运用此方法则直接从制备时给定的材料组分分布出发计算构件宏观响应,并给出了沿板平面方向材料特性梯度变化功能梯度板件的力学量三维分布形态. 展开更多

关键词 功能梯度材料 材料组分 板平面 三维分析 细观元法

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功能梯度材料圆板的三维弹性分析 被引量：3

8

作者 周凤玺 李世荣 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2008年第1期115-118,130,共5页

基于线弹性理论的基本方程,选用两个位移分量和两个应力分量作为状态变量,利用状态空间法建立了功能梯度材料轴对称圆板的三维状态方程。根据微分求积法,将状态方程在径向进行离散,考虑周边固支的边界条件,采用打靶法数值求解了材料常... 基于线弹性理论的基本方程,选用两个位移分量和两个应力分量作为状态变量,利用状态空间法建立了功能梯度材料轴对称圆板的三维状态方程。根据微分求积法,将状态方程在径向进行离散,考虑周边固支的边界条件,采用打靶法数值求解了材料常数沿板厚按幂率变化的轴对称弯曲问题和自由振动问题,为求解功能梯度材料三维弹性响应提供了一种方法。并且给出了功能梯度材料三维圆板的静动态响应受组分材料分布以及板厚径比变化的影响规律。 展开更多

关键词 功能梯度材料 三维分析 状态空间法 微分求积法 打靶法 静力弯曲 自由振动

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功能梯度磁电弹性圆板的三维动力特性分析 被引量：2

9

作者 聂国隽 仲政 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期749-754,共6页

根据正交各向异性磁电弹性材料空间问题的基本方程,假定功能梯度材料的电学、磁学和力学参数沿圆板厚度方向按同一指数函数变化,导出以位移、电势、磁势以及它们的一阶导数为状态变量的圆板动力问题的状态方程,采用微分求积法和状态空... 根据正交各向异性磁电弹性材料空间问题的基本方程,假定功能梯度材料的电学、磁学和力学参数沿圆板厚度方向按同一指数函数变化,导出以位移、电势、磁势以及它们的一阶导数为状态变量的圆板动力问题的状态方程,采用微分求积法和状态空间法相结合的半解析数值方法进行求解.通过数值算例说明了本文方法的正确性和优越性.研究了功能梯度磁电弹性圆板的三维动力特性以及材料性质的不同梯度变化对该种新型智能复合材料结构动力性能的影响.研究成果可为该种智能材料结构的设计提供一定的参考. 展开更多

关键词 磁电弹性材料 功能梯度圆板 三维动力特性分析 半解析数值方法

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复杂边界条件功能梯度板三维分析的半解析方法 被引量：2

10

作者 程国华 曹志远 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期1348-1351,共4页

推导出适应功能梯度材料构件分析的半解析方法基本算式,并针对功能梯度构件的材料参数随空间坐标变化的特点,将材料参数纳入到力学方程中进行整体积分计算,从而编制统一程序计算不同边界条件下的板件问题。该法适应性强而又简洁高效,且... 推导出适应功能梯度材料构件分析的半解析方法基本算式,并针对功能梯度构件的材料参数随空间坐标变化的特点,将材料参数纳入到力学方程中进行整体积分计算,从而编制统一程序计算不同边界条件下的板件问题。该法适应性强而又简洁高效,且不同于一般的半解析法,可采用一维离散,给出三维分析结果,是一种解决功能梯度构件力学性能分析的有效数值方法。文中用半解析法分析几种具有不同复杂边界条件的功能梯度板,给出了板件的力学量三维分布形态。 展开更多

关键词 功能梯度材料 半解析法 复杂边界 三维分析

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沿板平面变异功能梯度板件的三维动力特性 被引量：1

11

作者 程红梅 曹志远 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第3期238-242,共5页

功能梯度材料具有复杂的细部结构,其内部构造远比匀质材料复杂,因此其构件动力分析很难求得其解析解。文中建议一种新颖的功能梯度构件动力分析的细观元法。细观力学研究的目的在于建立材料的宏观性能同其组分材料性能及细观结构之间的... 功能梯度材料具有复杂的细部结构,其内部构造远比匀质材料复杂,因此其构件动力分析很难求得其解析解。文中建议一种新颖的功能梯度构件动力分析的细观元法。细观力学研究的目的在于建立材料的宏观性能同其组分材料性能及细观结构之间的定量关系,它可揭示不同的材料组合具有不同的宏观性能的内在机制。目前功能梯度板件分析只能处理材料特性沿厚度方向梯度变化,而细观元法则直接从制备时给定的材料组分分布出发计算构件宏观三维动力特性,并给出了沿板平面方向材料特性梯度变化的功能梯度板件三维固有频率及振型的三维分布。 展开更多

关键词 细观元法 板平面 材料组分变异 功能梯度材料 三维动力特性

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变厚度及加肋功能梯度板分析的半解析方法 被引量：1

12

作者 曹志远 程国华 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第10期1373-1378,共6页

给出的功能梯度材料构件半解析数值方法不同于一般的半解析法,而是用一维离散,给出三维分析结果,并针对功能梯度材料的材料参数随空间坐标变化的特点,将材料参数纳入到力学方程中进行整体积分计算,从而编制统一程序计算不同情况下的板... 给出的功能梯度材料构件半解析数值方法不同于一般的半解析法,而是用一维离散,给出三维分析结果,并针对功能梯度材料的材料参数随空间坐标变化的特点,将材料参数纳入到力学方程中进行整体积分计算,从而编制统一程序计算不同情况下的板件问题.并且用半解析法分析变厚度及加肋功能梯度板,给出了不同于经典平板理论的功能梯度板件力学量三维分布形态. 展开更多

关键词 功能梯度材料 半解析数值方法 变厚度 加肋板 三维分析

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功能梯度圆板的三维瞬态热弹性分析 被引量：1

13

作者 周凤玺 李世荣 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2008年第2期38-41,共4页

基于线性热弹性理论的基本方程,采用两个位移分量,两个应力分量,温度变量和一个热流分量作为状态变量,应用状态空间理论,建立了功能梯度材料轴对称圆板结构在动态热载荷作用下的状态方程,考虑了运动惯性项以及热传导过程中的耦合效应,... 基于线性热弹性理论的基本方程,采用两个位移分量,两个应力分量,温度变量和一个热流分量作为状态变量,应用状态空间理论,建立了功能梯度材料轴对称圆板结构在动态热载荷作用下的状态方程,考虑了运动惯性项以及热传导过程中的耦合效应,根据微分求积法,将状态方程沿径向进行离散。采用Lap lace变换和打靶法,数值求解了材料常数按幂率变化的周边固支圆板在热冲击下的热响应。为求解功能梯度结构三维热弹性瞬态响应提供了一种方法。分析了组分材料分布对功能梯度圆板的热响应行为,包括板内温度变化,横向挠度以及板内应力分量的影响规律。 展开更多

关键词 功能梯度材料 三维分析 瞬态响应 状态空间法 微分求积法 打靶法 耦合效应

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复杂形状功能梯度板件的三维动力特性分析

14

作者 程红梅 曹志远 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期965-968,共4页

从细观力学角度出发根据材料细观组分分布对具有不同复杂形状功能梯度材料构件进行三维动力特性分析,并相应给出其三维固有频率及其基频对应的位移振型和应力振型沿厚度方向的三维分布。结果发现对同样材料细观组分分布的不同功能梯度结... 从细观力学角度出发根据材料细观组分分布对具有不同复杂形状功能梯度材料构件进行三维动力特性分析,并相应给出其三维固有频率及其基频对应的位移振型和应力振型沿厚度方向的三维分布。结果发现对同样材料细观组分分布的不同功能梯度结构,其固有频率和相应的振型分布均有很大差异。此结果为建立专门的功能梯度板壳理论提供定量的资料依据。 展开更多

关键词 功能梯度材料 细观元 组分 复杂形状板件

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中等组分网状结构局部微变对功能梯度板三维动力特性的影响

15

作者 程红梅 曹志远 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期363-367,共5页

利用细观元方法根据材料实际金相图片信息进行材料参数输入,对发生局部网格变化的功能梯度板件进行三维动力特性分析,完成了材料细观结构与构件宏观响应间的跨尺度分析。细观元法在结构的常规有限元内部设置密集的细观单元来反映材料细... 利用细观元方法根据材料实际金相图片信息进行材料参数输入,对发生局部网格变化的功能梯度板件进行三维动力特性分析,完成了材料细观结构与构件宏观响应间的跨尺度分析。细观元法在结构的常规有限元内部设置密集的细观单元来反映材料细观构造,此方法可实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过渡分析,为具有细观结构微观变化的功能梯度板件的分析提供一种新的工具。利用细观元法对具有中等组分网状结构发生局部微变的功能梯度板进行三维动力特性分析,给出其固有频率及振型的三维分布,特别是功能梯度板应力振型的平面等值线图差异,得到较好的结果。 展开更多

关键词 功能梯度材料 细观元法 网状结构 微变 三维动力特性分析

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面内功能梯度三角形板等几何面内振动分析 被引量：6

16

作者 陈明飞 刘坤鹏 +3 位作者 靳国永 张艳涛 叶天贵 刘志刚 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2020年第2期156-170,共15页

基于平面应变理论,利用等几何有限元方法分析了弹性边界条件下面内功能梯度三角形板的面内振动特性.板的材料属性沿厚度方向呈均匀分布,而在面内方向呈任意指数梯度变化.采用非均匀有理B样条(NURBS)基函数对三角形结构进行等几何建模和... 基于平面应变理论,利用等几何有限元方法分析了弹性边界条件下面内功能梯度三角形板的面内振动特性.板的材料属性沿厚度方向呈均匀分布,而在面内方向呈任意指数梯度变化.采用非均匀有理B样条(NURBS)基函数对三角形结构进行等几何建模和位移描述,实现了三角形板几何设计和振动分析的无缝衔接.在三角形板边界上引入虚拟弹簧约束并通过调节虚拟弹簧刚度,实现任意边界条件的施加.通过不同的单元细化方案和对比算例,验证了等几何方法的灵活性、准确性和快速收敛性.系统研究了边界条件、材料属性和几何参数对三角形板振动特性的影响.同时给出了弹性边界条件下面内功能梯度三角形板的振动特性解,具有重要参考价值. 展开更多

关键词 三角形板 等几何分析 NURBS 面内振动 功能梯度材料 有限元

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二维功能梯度材料热传导格点型有限体积法研究 被引量：4

17

作者 龚京风 徐宗著 +2 位作者 宣领宽 江致远 郑文利 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期321-328,共8页

为了分析二维功能梯度材料热传导问题,发展格点型有限体积法,本文利用交错网格技术处理任意空间分布的材料物性,并使用C++语言开发数值求解程序。利用该程序分析不同网格类型下功能梯度材料圆环和不同边界条件下功能梯度材料板的热传导... 为了分析二维功能梯度材料热传导问题,发展格点型有限体积法,本文利用交错网格技术处理任意空间分布的材料物性,并使用C++语言开发数值求解程序。利用该程序分析不同网格类型下功能梯度材料圆环和不同边界条件下功能梯度材料板的热传导问题。结果表明:发展的格点型有限体积法对于线性三角形单元及双线性四边形单元的适用性良好,不同边界条件下格点型有限体积法解与解析解的误差不超过±0.12%,验证了求解程序的正确性。与有限元及解析解结果对比发现,当结构角点处存在剧烈温度变化且网格较为粗糙时,有限元结果出现数值振荡的现象,而格点型有限体积法结果仍然合理。分析表明:对于复杂的功能梯度材料热传导问题,格点型有限体积法比有限元方法具有更好的数值稳定性。 展开更多

关键词 交错网格 格点型有限体积法 二维功能梯度材料 热传导 数值振荡 C++程序语言 误差分析 CAE软件

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