功能梯度材料中界面裂紋對彈性波的散射及熱斷裂問題.pdf

1、功能梯度材料是適應(yīng)當(dāng)今航天、航空、國防等高新技術(shù)領(lǐng)域的特殊要求而發(fā)展起來的一種新型復(fù)合材料。這種材料具有連續(xù)的組份變化形式,可以承受機械載荷以保持結(jié)構(gòu)的剛度,也可以緩解熱應(yīng)力,提高熱強度。盡管功能梯度材料綜合特性優(yōu)良,但在動載荷和高溫作用下,材料內(nèi)部常常會產(chǎn)生各種形式的裂紋并導(dǎo)致材料破壞。因此,研究功能梯度材料在動載荷和熱載荷作用下的斷裂行為對于功能梯度材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計、優(yōu)化及其安全具有重要的學(xué)術(shù)價值和工程實際意義。
　　 第一章

2、對功能梯度材料的理論研究、數(shù)值模擬研究以及試驗研究現(xiàn)狀做了比較詳細的評述。
　　 第二章研究了功能梯度涂層一均勻基底結(jié)構(gòu)中界面裂紋對從基底以任意角度入射的SH波的散射近場問題。利用疊加原理和積分變換方法將問題轉(zhuǎn)化為一組奇異積分方程,積分路徑有極點,采取了偏移路徑方法避開積分路徑上的極點。討論了入射波的頻率、入射方向、材料梯度參數(shù)和裂紋尺寸對動態(tài)應(yīng)力強度因子的影響。
　　 第三章利用疊加原理和積分變換方法,求解了功能梯度涂

3、層和均勻基底間界面裂紋對以任意角度入射的平面波(P波或Sv波)的散射近場問題。采取了偏移路徑方法避開積分路徑上的極點。分析了入射波的頻率、入射波的波型、入射方向、材料梯度參數(shù)和裂紋尺寸對動態(tài)應(yīng)力強度因子的影響。
　　 第四章研究了功能梯度界面層結(jié)構(gòu)中的界面裂紋在均勻熱流邊界下的熱效應(yīng)問題。假設(shè)裂紋區(qū)域存在導(dǎo)熱熱阻,裂紋面部分絕熱。假設(shè)熱一機械效應(yīng)不耦合,分別求解了相應(yīng)邊界條件下的熱傳導(dǎo)方程和平面彈性方程。在計算積分時,考慮了積分

4、核的高階漸近表達式.使數(shù)值積分不溢出且更精確。分析了材料特性(彈性模量,熱膨脹系數(shù)以及熱傳導(dǎo)系數(shù))的梯度參數(shù)和無量綱熱阻對溫度分布及熱應(yīng)力強度因子的影響。
　　 考慮到實際制備功能梯度材料的各向異性,第五章研究了正交各向異性功能梯度材料涂層--正交各向異性均勻基底間界面裂紋在熱載荷作用下的問題,假設(shè)裂紋區(qū)域存在導(dǎo)熱熱阻,考慮了熱流邊界條件。推導(dǎo)了溫度場和位移場的奇異積分方程組。在數(shù)值計算時,考慮了積分核的高階漸近表達式。給出了數(shù)

5、值算例說明材料正交各向異性參數(shù)、熱物特性(彈性模量,熱膨脹系數(shù)以及熱傳導(dǎo)系數(shù))的非均勻參數(shù)、無量綱熱阻和裂紋位置對對溫度分布及熱應(yīng)力強度因子的影響。
　　 第六章研究了正交各向異性功能梯度條中的裂紋在對流換熱邊界下的動態(tài)熱效應(yīng)問題。通過使用Laplace變換和Fourier變換,分別給出了溫度場和位移場在Laplace域內(nèi)的奇異積分方程。在計算積分時,考慮了積分核的高階漸近表達式。利用Laplace數(shù)值反演方法,給出了裂紋面及延