梯度泡沫材料结构力学性能及非线性力学行为研究

发布时间：2022-12-21 23:15

　　目前全球范围内都在积极发展各种新型功能材料,新型材料是各国竞争的重点,也是决定国家高端制造业及国防安全的关键因素。国内外关于新型材料的研究日新月异,尤其是功能材料的研究,而梯度泡沫材料作为功能材料的一种,已成为广大学者研究的重点之一。由此,本文以梯度泡沫材料为研究对象,在系统总结国内外文献的基础上,对梯度泡沫金属材料的基本力学物理量进行了数学表征,并对均匀泡沫材料的力学性能进行了试验研究,主要包括拉伸试验、冲击试验和弯曲试验,结合理论分析,得到了不同密度的泡沫材料的力学性能试验结果;同时,采用理论与数值研究相结合的方法,建立梯度泡沫金属梁和圆板在机械载荷、热载荷作用下的力学模型,采用参数退化的方式验证了梁的屈曲问题,利用梁结构的弯曲试验结果与数值分析结果进行了比较,验证了理论分析的可行性;在此基础上采用轴线可伸长Euler梁理论和圆板的经典理论推导了梁和圆板的控制方程,采用打靶法对不同边界条件的控制方程进行了求解,获得了大量数值结果,以期为梯度泡沫材料的工程应用提供数据支持和参考。本文的主要研究工作如下:1.首先分析了梯度泡沫材料物性参数的基本力学表征关系,包括泡沫材料的孔穴尺寸和形状... 

【文章页数】：137 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 新型材料概述
    1.2 多孔材料概述
    1.3 泡沫材料制备
    1.4 泡沫材料应用
    1.5 功能材料的国内外研究现状
        1.5.1 功能梯度材料的研究现状
        1.5.2 梯度多孔材料力学行为研究现状
    1.6 研究目标及内容
    1.7 本论文的创新点
    1.8 本论文的研究路线
第2章 泡沫材料物性参数表征及试验研究
    2.1 引言
    2.2 梯度泡沫材料物性参数表征
        2.2.1 相对密度
        2.2.2 弹性/剪切模量
        2.2.3 屈服极限
        2.2.4 结构基于梯度指标的物性表征
        2.2.5 结构基于孔隙率的物性表征
    2.3 梯度泡沫梁及圆板的整体相对密度
        2.3.1 梯度泡沫梁的整体相对密度
        2.3.2 梯度泡沫圆板的整体相对密度
        2.3.3 密度沿厚度方向分布的两种典型模式
    2.4 均匀泡沫材料的力学性能试验
        2.4.1 拉伸试验
        2.4.2 冲击试验
        2.4.3 弯曲试验
    2.5 本章小结
第3章 不同孔隙率梯度泡沫梁的热屈曲和自由振动
    3.1 引言
    3.2 问题描述
    3.3 力学模型
        3.3.1 几何方程
        3.3.2 本构方程
        3.3.3 泡沫材料梁的热传导方程
    3.4 平衡方程
    3.5 无量纲平衡方程
    3.6 边界条件
    3.7 数值方法—打靶法
    3.8 数值结果与讨论
        3.8.1 结果的验证
        3.8.2 无温度场的临界屈曲载荷
        3.8.3 稳态温度场的临界载荷及自由振动
        3.8.4 非稳态温度场的临界载荷及自由振动
    3.9 本章小结
第4章 梯度泡沫材料圆板的非线性弯曲和屈曲
    4.1 引言
    4.2 问题描述
    4.3 力学模型
        4.3.1 几何方程
        4.3.2 本构方程
    4.4 控制方程
    4.5 位移形式的控制方程
        4.5.1 位移函数形式的控制方程
        4.5.2 无量纲化的控制方程
        4.5.3 边界条件
    4.6 数值结果及讨论
        4.6.1 梯度泡沫材料圆板的非线性弯曲行为
        4.6.2 梯度泡沫板的屈曲及屈曲变形
    4.7 本章小结
第5章 梯度泡沫材料圆板的热屈曲和自由振动
    5.1 引言
    5.2 问题描述
        5.2.1 温度有关的物性参数
        5.2.2 一维稳态温度场
    5.3 力学模型
        5.3.1 几何方程
        5.3.2 本构方程
        5.3.3 自由振动的控制方程
    5.4 控制方程组
    5.5 数值求解结果及分析
        5.5.1 周边夹紧梯度泡沫材料圆板
        5.5.2 不可移简支梯度泡沫材料圆板
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 研究结论
    6.2 后期展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]《材料研究前沿:十年调查》概要[J]. 贾豫冬,刘凡,朱宏康.  中国材料进展. 2019(06)
[2]湿-热-机耦合作用下多孔功能梯度梁的振动及屈曲特性[J]. 蒲育,周凤玺.  复合材料学报. 2019(12)
[3]空爆载荷下功能梯度泡沫铝夹层板动响应数值仿真[J]. 李春鹏,张攀,刘均,程远胜.  中国舰船研究. 2018(03)
[4]非均匀热载荷作用下功能梯度梁的非线性静态响应[J]. 毛丽娟,马连生.  工程力学. 2017(06)
[5]Bending of functionally graded nanobeams incorporating surface effects based on Timoshenko beam model[J]. Lihong Yang,Tao Fan,Liping Yang,Xiao Han,Zongbing Chen.  Theoretical ＆ Applied Mechanics Letters. 2017(03)
[6]多孔功能梯度梁的热-力耦合屈曲行为[J]. 苏盛开,黄怀纬.  复合材料学报. 2017(12)
[7]负梯度闭孔泡沫金属的力学性能分析[J]. 王根伟,王江龙.  固体力学学报. 2017(01)
[8]Thermal Buckling Analysis of Size-Dependent FG Nanobeams Based on the Third-Order Shear Deformation Beam Theory[J]. Farzad Ebrahimi,Mohammad Reza Barati.  Acta Mechanica Solida Sinica. 2016(05)
[9]湿热环境下复合材料薄壁梁振动特性研究[J]. 马艳龙,李映辉.  振动与冲击. 2016(15)
[10]梯度铝泡沫夹层结构抗爆性能仿真与优化[J]. 亓昌,杨丽君,杨姝.  振动与冲击. 2013(13)

博士论文
[1]超轻泡沫金属的简易高效制备及其性能研究[D]. 姜斌.天津大学 2016
[2]多孔金属材料率效应的数值分析与动态压缩行为的理论研究[D]. 刘耀东.中国科学技术大学 2010



本文编号：3722959