功能梯度材料壓力容器熱力耦合應力分析.pdf

1、功能梯度材料(Functionally Graded Material，F(xiàn)GM)是21世紀最具前景的新型材料之一，呈現(xiàn)出優(yōu)良的防熱、耐腐蝕和可設計性。功能梯度材料壓力容器是一種根據(jù)實際情況需要而設計成為一種材料呈梯度分布、復合而成的軸對稱旋轉型殼體結構，內、外層用來抵抗腐蝕或隔熱，而且根據(jù)內外層結構不同的受力變形程度，設計成不同材料制造，從而起到降低成本，減輕結構重量的功能。目前，F(xiàn)GM壓力容器結構熱力耦合力學行為分析成為國內外研究難點

2、和熱點。為了跟蹤這些研究熱點，本文在前人研究工作的基礎上開展了以下幾方面的研究工作。
　　(1)僅考慮在內壓載荷作用下，基于小應變線彈性理論和變系數(shù)微分方程歐拉法，推導了材料組分沿壁厚呈指數(shù)變化的功能梯度材料壓力容器簡體和半球形封頭三向應力的解析解，并基于有限元數(shù)值方法，驗證了理論推導的準確性。結合具體案例，分別繪制出殼體各向應力的理論解與數(shù)值解沿徑向厚度的關系曲線，并比較分析了彈性模量梯度因子對結構應力分布影響。
　　(2

3、)由于FGM能夠很好的緩解熱應力，為此，本文還考慮了在溫度載荷作用下FGM壓力容器三向應力分布特性。首先通過建立功能梯度材料溫度分布函數(shù)模型，然后推導了功能梯度材料壓力容器簡體和半球形封頭三向熱應力解析解，最后基于有限元數(shù)值方法驗證了理論推導公式的準確性。同時，根據(jù)線性疊加原理，給出了FGM壓力容器在內壓和溫度同時作用下的三向應力計算式，并討論了彈性模量梯度因子、熱膨脹系數(shù)梯度因子和熱導率梯度因子對FGM壓力容器三向應力分布的影響。