熱力作用下功能梯度材料的斷裂力學(xué)行為研究.pdf

1、功能梯度材料具有良好的高溫?zé)岱€(wěn)定性和抗腐蝕性能，特別是它能有效地緩解熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力，從而被廣泛的應(yīng)用于各種高溫環(huán)境。由于材料設(shè)計，生產(chǎn)工藝及工作環(huán)境等方面的原因，功能梯度材料會產(chǎn)生大量的微裂紋，而這些微裂紋的擴(kuò)展及合并會進(jìn)一步產(chǎn)生一些主裂紋從而導(dǎo)致材料破壞。因此，研究功能梯度材料在熱機(jī)載荷作用下的斷裂力學(xué)行為對于功能梯度材料的安全使用及其結(jié)構(gòu)的設(shè)計，優(yōu)化有著非常重要的意義。然而功能梯度材料材料的非均勻特性使得熱力學(xué)行為非常復(fù)雜，通常的

2、解析解只能依靠模型的一再簡化和邊界條件的理想化，對于復(fù)雜的問題還需要借助于數(shù)值方法。本文主要嘗試著利用數(shù)值方法對功能梯度材料在非定常熱邊界條件和定常的力邊界條件作用下的斷裂力學(xué)性能進(jìn)行分析，主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）研究了含有半橢圓表面裂紋的氧化鋯/鎳鉻合金功能梯度材料板條在熱沖擊載荷作用下的裂紋問題。分析了熱邊界條件，裂紋縱橫比以及裂紋深度對裂紋前沿分布的應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。
　?。?）研究了含有半橢圓表面裂紋的氧化鋯

3、/鎳鉻合金功能梯度材料板條在熱沖擊載荷和機(jī)械載荷共同作用下裂紋問題分析。
　?。?）通過對材料屬性變化的研究，分析了不同的材料屬性對熱力相互作用下的應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響，對高抗熱震的梯度材料設(shè)計提出了一些建議。
　　論文的第一章介紹了功能梯度材料的發(fā)展歷程及熱機(jī)械力學(xué)行為的研究現(xiàn)狀。第二章介紹了熱彈性力學(xué)的數(shù)值解法和非均勻梯度材料斷裂力學(xué)的基本概念。第三章研究了含有表面半橢圓裂紋的功能梯度材料板條在熱沖擊載荷作用下的斷裂問題分