含裂紋功能梯度材料梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)功率流特性研究.pdf

1、功能梯度材料是由多種性能不同的材料沿空間通過連續(xù)改變組分而形成，具有優(yōu)于其它傳統(tǒng)復(fù)合材料的獨(dú)特性能，應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域中。梁結(jié)構(gòu)是工程應(yīng)用中重要的構(gòu)件，而梁中的裂紋損傷會(huì)改變局部剛度等特性，使得梁的振動(dòng)特性和波傳播特性發(fā)生改變。
　　本文首先對含裂紋的功能梯度材料歐拉梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了自由振動(dòng)特性分析。以歐拉梁理論為基礎(chǔ)，給出了材料屬性沿厚度呈指數(shù)函數(shù)變化的功能梯度材料梁的自由振動(dòng)方程，并采用經(jīng)典的轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧模型來模擬梁中的裂紋。研究了梁

2、的長度、裂紋位置、裂紋深度、材料梯度和邊界條件等參數(shù)與振動(dòng)頻率之間的關(guān)系。結(jié)果表明這些參數(shù)的改變會(huì)對梁的固有頻率產(chǎn)生影響。
　　然后對無限長功能梯度材料梁進(jìn)行了輸入功率流和傳播功率流分析。建立了無限長FGM歐拉梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程，采用波動(dòng)法結(jié)合梁的連續(xù)條件計(jì)算得到FGM歐拉梁的振動(dòng)特性，對完善梁和裂紋梁的輸入功率流和傳播功率流進(jìn)行了分析。討論了材料梯度、激勵(lì)頻率、裂紋深度和裂紋位置等信息與輸入功率流和傳播功率流之間的關(guān)系,為基于振

3、動(dòng)功率流的裂紋FGM梁的損傷識(shí)別提供了理論基礎(chǔ)。
　　最后對不同參數(shù)條件下的含裂紋功能梯度材料梁進(jìn)行了模態(tài)功率流特性分析。推導(dǎo)了 FGM歐拉梁的模態(tài)功率流計(jì)算表達(dá)式，并給出了基于模態(tài)功率流的損傷指標(biāo)?；谀B(tài)功率流的損傷指標(biāo)，對兩端固支、一端固支一端自由和兩端簡支三種不同邊界條件梁進(jìn)行了分析討論。通過計(jì)算分析表明：基于模態(tài)功率流的損傷指標(biāo)不僅可以識(shí)別出裂紋的位置，還可以在一定程度上預(yù)測出裂紋的嚴(yán)重程度。另外在不同的材料梯度下，基于