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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:张艳艳,果立成,白晓明,于红军.热载荷作用下含裂纹功能梯度板的有限元分析[J].哈尔滨工业大学学报,2011,43(1):12.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2011.01.003
ZHANG Yan-yan,GUO Li-cheng,BAI Xiao-ming,YU Hong-jun.Finite element analysis of functionally graded plate with a crack under thermal load[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2011,43(1):12.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2011.01.003
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热载荷作用下含裂纹功能梯度板的有限元分析
张艳艳1,2, 果立成1, 白晓明1, 于红军1
1.哈尔滨工业大学航天学院;2.沈阳大学理学院
摘要:
为深入理解功能梯度材料的热断裂行为,研究了热载荷作用下任意热机械属性功能梯度材料板的裂纹尖端特性.利用解析方法推导了不含裂纹功能梯度板的温度场和热应力场,根据叠加法,把热应力场转化为裂纹表面载荷,采用基于非均匀单元的有限元方法计算分析了稳态热载荷下功能梯度板的裂纹尖端特性,并针对不同材料热机械属性分布形式,考察了热应力强度因子的变化规律.研究结果表明,材料属性的分布形式对热应力强度因子的变化规律具有显著影响,这说明只假设材料属性为某一特定函数形式的做法,不能充分反映各种实际功能梯度材料属性分布形式对裂纹尖端特性的影响.
关键词:  功能梯度材料  非均匀单元  有限元法  热应力强度因子
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2011.01.003
分类号:TB34
基金项目:国家自然科学基金资助项目(10872056);教育部新世纪优秀人才基金资助项目(NCET-08-0151)
Finite element analysis of functionally graded plate with a crack under thermal load
ZHANG Yan-yan1,2, GUO Li-cheng1, BAI Xiao-ming1, YU Hong-jun1
1.School of Astronautic,Harbin Institute of Technology,150001 Harbin,China;2.Faculty of Science,Shenyang University,110000 Shenyang,China)
Abstract:
To understand the thermal fracture behavior deeply,the crack-tip characteristics for a functionally graded material ( FGM) plate with arbitrary thermomechanical properties under thermal load were studied. The temperature and thermal stress fields were derived by analytical method,and the loading on the crack faces was determined from the thermal stress distributions by using the superposition method. A finite element method based on nonhomogeneous elements was used to calculate the crack-tip fields of the FGM plate. Considering different distribution forms of the thermomechanical properties,the thermal stress intensity factors ( TSIFs) of the crack-tip were analyzed. It is found that the distribution forms can affect the crack-tip TSIFs greatly, which indicates that the actual situations may not be considered adequately if the material properties of practical FGMs are assumed to be one certain type of functions.
Key words:  functionally graded materials  nonhomogeneous elements  finite element method  thermal stress intensity factors

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