复杂环境下功能梯度圆柱壳结构的屈曲行为分析

论文摘要

功能梯度材料是由两种或两种以上的材料复合而成的一种新型先进非均匀复合材料,其材料性质在空间位置上呈连续变化,从而消除了材料性能的突变,能应用于许多特殊的工作环境并能承受复杂载荷。该材料具有较高的机械强度、抗热冲击性能、耐高温性能等特点。由于这些优良的特性,功能梯度材料逐步广泛应用于精密仪器、航空航天、自动控制、办公自动化、微型机械系统、微装配、精密定位等领域。本论文以功能梯度材料为研究对象,假设功能梯度材料的物理性能参数沿结构的厚度方向呈幂函数形式连续变化,综合考虑温度场效应、电场效应和几何非线性等因素,建立了复杂环境下功能梯度圆柱壳结构的运动控制方程和热传导方程。基于板壳理论、多场耦合理论、热力学传导原理和粘弹性理论,综合利用Galerkin法、有限差分法、Newmark法和迭代法分别对多场耦合下FGPM圆柱壳的弯曲问题,环筋FGM圆柱壳屈曲问题,含初始缺陷粘弹性FGM圆柱壳非线性蠕变屈曲和后屈曲问题,热环境下的纤维增强压电层和FGM圆柱壳的屈曲和后屈曲问题进行了求解。并讨论上述诸因素对FGM圆柱壳结构的屈曲和后屈曲行为的影响,揭示了复杂环境下FGM圆柱壳结构的破坏机理。本论文工作将丰富和发展智能材料结构力学、多场耦合力学、非线性力学和粘弹性力学,同时为功能梯度结构的安全评定、优化设计和在线检测等提供理论依据,并具有重要的理论和工程实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 功能梯度材料的概述及研究背景
• 1.2 相关领域的研究现状
• 1.2.1 FGM结构圆柱壳的弯曲、屈曲和后屈曲问题
• 1.2.2 粘弹性FGM复合材料圆柱壳的相关问题研究
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文的主要创新性工作
• 第2章 多场耦合下功能梯度压电圆柱壳的弯曲精确解
• 2.1 FGPM圆柱壳的物性参数和温度场
• 2.1.1 功能梯度压电材料的物性参数
• 2.1.2 热传导方程
• 2.2 问题的基本方程
• 2.3 基本方程的求解
• 2.4 具体算例及讨论
• 2.5 本章小结
• 第3章 环筋FGM圆柱壳的屈曲分析
• 3.1 FGM圆柱壳的物性参数和温度场
• 3.1.1 功能梯度材料的物性参数
• 3.1.2 热传导方程
• 3.2 问题的基本方程
• 3.3 问题的求解
• 3.4 数值结果及讨论
• 3.5 本章小结
• 第4章 含初始缺陷粘弹性FGM圆柱壳的蠕变后屈曲分析
• 4.1 粘弹性FGM圆柱壳的物性参数
• 4.2 问题的基本方程
• 4.3 求解方法
• 4.4 数值结果及讨论
• 4.5 本章小结
• 第5章 含初始缺陷压电层合粘弹性FGM圆柱壳的蠕变屈曲和后屈曲分析
• 5.1 压电层合粘弹性FGM圆柱壳的物性参数
• 5.2 问题的基本方程
• 5.3 求解方法
• 5.4 数值结果及讨论
• 5.4.1 压电层合粘弹性功能梯度圆柱壳的蠕变屈曲行为
• 5.4.2 压电层合粘弹性功能梯度圆柱壳的蠕变后屈曲行为
• 5.5 本章小结
• 第6章 热环境下纤维增强压电层合FGM圆柱壳的屈曲和后屈曲分析
• 6.1 纤维增强压电层合FGM圆柱壳的物性参数和温度场
• 6.1.1 功能梯度材料的物性参数
• 6.1.2 PFRC的物性参数
• 6.1.3 热传导方程
• 6.2 问题的基本方程
• 6.3 问题的求解
• 6.4 数值结果及讨论
• 6.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间已发表和被接受的学术论文
• 附录B 方程组（2.19-2.21）中的各项系数
• 附录C 方程组（5.22）中的各项系数