動力機(jī)械應(yīng)用功能梯度材料壽命評估與優(yōu)化研究.pdf

1、能源行業(yè)大量的動力機(jī)械工作在高溫環(huán)境，溫度的提高對金屬材料的性能產(chǎn)生比較大的影響，限制了該行業(yè)許多有效提高經(jīng)濟(jì)性的方法和手段，比如，對于火力發(fā)電，提高主蒸汽的參數(shù)是提高火電機(jī)組熱效率的有效手段，目前對于參數(shù)的提高主要是針對壓力，已經(jīng)達(dá)到超臨界以上，而目前主蒸汽溫度一般限制在620℃以下，該行業(yè)將來的一個重要發(fā)展方向是依靠研究耐高溫性能材料來提高溫度，其中，功能梯度材料是首選。功能梯度材料是具有使用功能、適應(yīng)環(huán)境和可控的先進(jìn)材料，具有傳統(tǒng)

2、復(fù)合材料無法比擬的諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著制造成本的降低，可以預(yù)見，在不久的將來在不同行業(yè)都會有很好的應(yīng)用。本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，對復(fù)雜形狀功能梯度材料結(jié)構(gòu)在復(fù)雜邊界條件和載荷下溫度、應(yīng)力分布和壽命損傷評估及優(yōu)化問題做了分析和研究。
　　 由于工作在高溫環(huán)境下，在考慮物性參數(shù)對溫度的依賴條件下，首先，對特定邊界條件和組分空間分布的功能梯度材料有限長圓柱內(nèi)溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了解析求解，為近似求解提供標(biāo)準(zhǔn)。接下來，對復(fù)雜形狀功能梯度材料結(jié)構(gòu)內(nèi)溫

3、度場和應(yīng)力場進(jìn)行近似解析的計算，算例分析表明，用提出模型計算結(jié)果與有限元計算結(jié)果吻合程度較好。為獲得符合工程實(shí)際且相對準(zhǔn)確邊界條件，利用反問題對對流換熱系數(shù)進(jìn)行參數(shù)識別，在獲得溫度場和應(yīng)力場信息后，研究了材料結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理和損傷評估及優(yōu)化模型。
　　 由于目前功能梯度材料尚未在工程實(shí)際中廣泛應(yīng)用，為驗證和推廣本文提出模型和方法，本文分析了動力機(jī)械目前大量使用的作為功能梯度材料退化形式均勻復(fù)合材料溫度場和應(yīng)力場計算問題，包括在第三類