功能梯度復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)屈曲前和屈曲后的振動特性研究.pdf

1、功能梯度材料(FunctionallyGradedMaterials，簡稱FGMs)通常是由陶瓷和金屬復(fù)合而成的一種新型先進(jìn)非均勻復(fù)合材料，在航空航天、核工業(yè)、動力機(jī)械等領(lǐng)域內(nèi)有著極為廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)于該類材料結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的機(jī)械荷載、熱荷載及電荷載作用下屈曲前和屈曲后的振動特性研究具有重要的理論與應(yīng)用價值。 本文的研究工作主要包括：(1)基于Reddy高階剪切變形板理論和廣義Karman型方程，給出了幾類現(xiàn)有研究成果較少或沒有徹

2、底解決的FGM混合板結(jié)構(gòu)的屈曲前和屈曲后振動特性研究的控制方程，成功將攝動-Galerkin混合法應(yīng)用于求解過程，并給出了各控制方程相對直觀且易于計算的解析解形式；(2)單向壓電纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(PiezoelectricFiberReinforcedComposite，簡稱PFRC)是一種新型壓電材料，本文將其應(yīng)用到了結(jié)構(gòu)振動控制研究當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)通過壓電纖維體積含量的選擇可以實(shí)現(xiàn)混合板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化振動控制；(3)圍繞幾種有代表性的FGM混

3、合板結(jié)構(gòu)，討論其屈曲后的振動特性，在分析中同時考慮熱傳導(dǎo)，材料物性參數(shù)的溫度相關(guān)性，以及機(jī)/熱/電荷載耦合效應(yīng)對非線性振動特性的影響，最后給出了大量數(shù)值計算結(jié)果。著重討論了FGM材料組分指數(shù)、溫度變化、長寬比、邊厚比、屈曲與振動模態(tài)、PFRC壓電纖維體積含量、控制電壓、芯層與面板厚度比等因素對各類FGM混合板結(jié)構(gòu)屈曲前及屈曲后振動特性的影響。 針對功能梯度材料主要應(yīng)用于高溫環(huán)境中的特點(diǎn)，本文考慮了所有參與分析材料的物性參數(shù)的溫度

4、相關(guān)性。又由于金屬和陶瓷的儲熱能力不同，熱傳導(dǎo)難以避免，故在每章開頭都先給出了各類功能梯度材料混合板結(jié)構(gòu)在熱場中的溫度分布函數(shù)。 隨后，基于Reddy高階剪切變形板理論和廣義Karman型方程，給出了各類功能梯度材料混合板結(jié)構(gòu)的振動以及屈曲后的振動的控制方程，并采用改進(jìn)的攝動-Galerkin混合法進(jìn)行求解。 接著，重點(diǎn)分析了表面覆蓋纖維增強(qiáng)壓電材料作動器的功能梯度材料混合板結(jié)構(gòu)的非線性自由振動和受迫振動，具體討論了材料

5、組分指數(shù)、溫度變化、壓電纖維體積含量及控制電壓等因素對表面覆蓋纖維增強(qiáng)壓電材料作動器的功能梯度材料混合板結(jié)構(gòu)的非線性振動和動力響應(yīng)的影響。在這之后，詳細(xì)分析了對稱功能梯度材料板結(jié)構(gòu)屈曲后的振動特性，將控制方程拆分為屈曲和振動兩個部分并分別用攝動-Galerkin混合法進(jìn)行求解，具體討論了材料組分指數(shù)、溫度變化、邊厚比、長寬比、屈曲與振動模態(tài)等因素對對稱功能梯度材料板結(jié)構(gòu)屈曲后的振動特性的影響，并對由兩組不同材料構(gòu)成的對稱功能梯度材料板結(jié)

6、構(gòu)的屈曲后的振動特性進(jìn)行了比較。還研究了熱環(huán)境下表面覆蓋或埋置纖維增強(qiáng)壓電材料作動器的功能梯度材料混合板結(jié)構(gòu)的屈曲后的振動特性，通過參數(shù)分析討論了材料組分指數(shù)、溫度變化、壓電纖維體積含量及控制電壓等因素對表面覆蓋或埋置纖維增強(qiáng)壓電材料作動器的功能梯度材料混合板屈曲后的振動特性的影響。最后，研究了以FGM為面板的夾芯板在熱環(huán)境下屈曲后的線性自由振動以及非線性振動。詳細(xì)討論了材料組分指數(shù)、溫度變化、芯層與面板厚度比等因素對FGM夾芯板屈曲后