基于热弹性耦合理论的功能梯度材料薄壁旋转碟片力学性能

作者：沈景凤; 张翠; 刘方^*

来源：复合材料学报, 2019, 36(04): 1017-1028.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20180626.003

• 功能梯度材料
• 薄壁旋转碟片
• 热耦合传导方程
• 热弹性耦合理论
• 微分求积方法

基于热弹性耦合理论,对处于热载荷下的Al-Al2O3功能梯度材料(FGM)薄壁旋转碟片进行研究。根据FGM构造理论结合碟片轴对称特性,得到其力学特性全场分布。分别采用函数构造方法和热耦合传导方程推导得到模型所处温度场,并加以分析对比。建立了统一温度场的热耦合本构方程,并根据平面应力情况下热弹性材料力学特性基本原理,拟合确定其物性系数。通过微分求积方法 (DQM)求解不同温度场下不同FGM构造形式模型的位移控制方程。结果表明:常温下,热耦合本构方程可以退化到胡克定律;经典热弹性理论与热弹性耦合理论下的碟片径向位移误差可达41.7%;热弹性耦合理论的结果随温度非线性变化,这种变化趋势也体现在大量科学实验中;碟片外表面温度变化、转速和所处的温度场显著地影响其热弹性场。

• 单位
  上海理工大学