热载荷作用下S型功能梯度铝-氧化锆复合梁的非线性力学行为

马连生; 甘勇天

应用力学学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (2) : 378 -387.

马连生, 甘勇天

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摘要

研究了热载荷作用下对称和非对称S型功能梯度(sigmoid functionally graded materials, S-FGM)梁的过屈曲和弯曲问题，并通过计算结果，分析了两类S型功能梯度梁之间以及S型功能梯度梁与普通功能梯度梁之间力学行为的差异。设梁材料组份沿厚度方向的分布满足sigmoid律，而梁厚度方向上的温度变化用一维热传导方程进行描述且满足sigmoid律。首先利用能量原理推导了功能梯度梁的平衡方程和边界条件；然后利用打靶法对不同边界条件下S-FGM梁的平衡路径进行了数值求解，基于数值结果探究了边界条件、组分材料的分布形式以及外载荷等因素对S-FGM梁力学行为的影响。结果表明：热载荷作用下两端固定夹紧对称和非对称S-FGM梁均发生分支屈曲，而两端固定简支S-FGM梁则是热弯曲(均匀热载荷下对称分布梁除外);梯度指数和上下表面温升比对S-FGM梁的弯曲、屈曲和过屈曲行为有重要影响，而梯度指数和上下表面温升比对两类夹紧S-FGM梁屈曲和过屈曲行为的影响有明显的不同。