[01708745]新型功能梯度材料动态有效特性的优化设计

本项目来源于河北省教育厅2009年科研计划,属于普通项目,编号为：2009336。本项目的研究主要应用于新型功能材料的优化设计上。通过建立微观动力学模型,采用动力学的力学原理和方法,找到材料强度和稳定性与材料内部微观结构之间的关联,这样在设计材料时,就可以通过优化内部微观结构来提高材料结构的强度、稳定性,从而提高材料的服役性能和使用寿命。 根据项目申报内容,我们重点功能梯度材料和其它新型非均匀材料中各种夹杂对弹性波多重散射的复杂问题,以及压电、压磁特性对弹性波多重散射问题进行了研究,并得到了结构内的动应力表达式。通过与国内外学者的交流与合作,在功能梯度材料动态有效特性预报方面获得了一定的突破。目前研究达到了预期目标,通过研究,分析了功能梯度材料中,非均匀参数对结构强度和稳定性的影响,得到了通过调整非均匀参数提高材料服役稳定性的方法,具体工作如下： 1)研究功能梯度压电、压磁材料中弹性波的多重散射问题,分析梯度参数对材料结构内部动应力的影响,通过分析发现,当沿着入射方向的梯度参数大于零时,最大动应力随着梯度参数的增加而增加,而且最大动应力有向入射一侧偏移的趋势;当梯度参数小于零时,最大动应力有向阴暗一侧偏移的趋势。 2)研究了两个孔洞和夹杂的情况下,功能梯度材料中非均匀波的多重散射问题,得到了材料内动应力的解析表达式。分析了梯度材料的内部两孔洞和夹杂的位置和方位对应力的影响。通过研究发现,当两孔洞之间的距离减少时,非均匀特性对动应力的影响增加;高频载荷的情况下,非均匀特性和夹杂之间的距离影响减小;如果夹杂的弹性模量大于基体的弹性模量,应力减小,非均匀参数和距离的影响也减小。 3)研究半无限功能梯度压电、压磁材料中弹性波的多重散射问题,分析了材料边界条件对材料结构内部动应力的影响。通过分析发现,在中频区,边界对动应力的影响较大;入射方向的梯度参数大于零时,边界影响也较大。 通过本项目的研究,我们在国际期刊上发表学术论文5篇,所得结论取得了国内外同行专家的认可。研究使用的方法和结论可为新型功能梯度材料的优化设计和提高功能梯度材料结构的使用性能提供理论基础,同时也可进一步推动新型智能材料的力学发展,为新型材料基础研究提供服务。本项目的研究成果可为新型复合材料的发展提供基础,推动新型功能材料的研究。