功能梯度材料是一种特殊的复合材料,在高温下能很好地缓解热应力.由于其材料结构和物理力学性质的特殊性,热冲击下功能梯度梁呈现出较为复杂的热力学行为.B样条物质点法作为一种物质点法的改进算法,已在各类复杂问题中展现了强大的求解...功能梯度材料是一种特殊的复合材料,在高温下能很好地缓解热应力.由于其材料结构和物理力学性质的特殊性,热冲击下功能梯度梁呈现出较为复杂的热力学行为.B样条物质点法作为一种物质点法的改进算法,已在各类复杂问题中展现了强大的求解能力.本文基于傅里叶热传导理论与BSMPM(B-spline Material Point Method)的框架提出了热力耦合方程的离散格式,分析了SiC-Al功能梯度梁的自由振动以及温度荷载作用下的动力响应;同时,基于快速傅里叶变换,研究了SiC-Al功能梯度梁横向振动固有频率随梯度幂律指数的变化规律,并分别与传统物质点法、有限元法和理论解进行了比较分析.结果表明:相较于传统物质点法,B样条物质点法有效改善了应力振荡以及能量耗散.热冲击作用下,B样条物质点法所得功能梯度梁内温度分布与有限元结果吻合较好;B样条物质点法能有效求得一阶横向振动固有频率;随着梯度幂律指数的增加,功能梯度梁固有频率随幂函数变化减小,与理论结果吻合较好.本文验证了热力耦合B样条物质点法的有效性,拓展了B样条物质点法的工程应用,为功能梯度材料在热力耦合作用下的动力响应研究提供了新的计算思路.展开更多
文摘功能梯度材料是一种特殊的复合材料,在高温下能很好地缓解热应力.由于其材料结构和物理力学性质的特殊性,热冲击下功能梯度梁呈现出较为复杂的热力学行为.B样条物质点法作为一种物质点法的改进算法,已在各类复杂问题中展现了强大的求解能力.本文基于傅里叶热传导理论与BSMPM(B-spline Material Point Method)的框架提出了热力耦合方程的离散格式,分析了SiC-Al功能梯度梁的自由振动以及温度荷载作用下的动力响应;同时,基于快速傅里叶变换,研究了SiC-Al功能梯度梁横向振动固有频率随梯度幂律指数的变化规律,并分别与传统物质点法、有限元法和理论解进行了比较分析.结果表明:相较于传统物质点法,B样条物质点法有效改善了应力振荡以及能量耗散.热冲击作用下,B样条物质点法所得功能梯度梁内温度分布与有限元结果吻合较好;B样条物质点法能有效求得一阶横向振动固有频率;随着梯度幂律指数的增加,功能梯度梁固有频率随幂函数变化减小,与理论结果吻合较好.本文验证了热力耦合B样条物质点法的有效性,拓展了B样条物质点法的工程应用,为功能梯度材料在热力耦合作用下的动力响应研究提供了新的计算思路.
