功能梯度

摘要： 针对预制桥面板湿接缝服役期间受冲击荷载发生破坏的现象,引入功能梯度组合结构设计理念,设计出一种预制桥面板UHTC功能梯度湿接缝,以UHTC功能层相对厚度以及UHTC层抗压强度的大小为主要变化参数,采用落锤冲击法研究了湿接缝模型试件的抗冲击性能。结果表明,抗压强度一定时,冲击寿命随着UHTC功能层相对厚度的增加呈指数增长,并建立了关于UHTC功能层相对厚度的湿接缝模型试件冲击韧性预测模型。对于超高韧性功能层厚度相同的模型试件,冲击耗能随着UHTC层抗压强度的增大而减小,且减小幅度随着UHTC层抗压强度的增大而增大。不同抗压强度下时的初裂寿命与终裂寿命满足线性相关。根据灰色关联分析,得到3种影响因素对终裂寿命的影响程度由强到弱为:初裂寿命>UHTC功能层相对厚度>抗压强度>0.5。在上述基础上建立两种终裂寿命预测模型Model_Ⅰ和Model_Ⅱ,经检验计算Model_Ⅰ的预测精度较高,适用性良好,而Model_Ⅱ的精度较差,适用性也较差。

摘要： 本文采用层合模型的思想将功能梯度立井井壁划分为多层同轴圆筒,并借助ABAQUS有限元软件进行数值模拟,分析了各层间弹性模量差值的改变对于多层功能梯度井壁力学特性的影响,由此得出当圆筒内部应力分布最均匀时的最适层间弹性模量差值,并探究了功能梯度立井井壁在不同分层数情况下最合适层间弹性模量差值的变化情况及产生的原因。结果表明:不同层数下的功能梯度井壁均对应一个最合适的层间弹性模量差值,使得功能梯度立井井壁内部Mises应力达到相对均匀,即有效缓解了井壁内侧的应力集中现象,同时井壁内侧的最大应力达到最小,并且最合适层间弹性模量差值随着层数增加而减小,此研究对于确定功能梯度井壁在实际工程应用中的划分层数和各层的混凝土标号的选取具有重要意义。

摘要： 提出了一种由聚二甲基硅氧烷(PDMS)与碳化硅(SiC)复合材料构成的功能梯度柔性衬底结构,给出了相应的三维(3D)打印制造工艺流程。通过实验分析了不同SiC粒径及含量对PDMS/SiC复合材料力学性能、导热性能的影响规律;探究了背压、打印速度、线间距、温度等工艺参数对不同SiC含量PDMS/SiC复合材料制造精度的影响规律。结果表明,相比于纯PDMS衬底,不同SiC粒径及含量对复合材料性能均有提高,当SiC粒径为600 nm且含量为45%(质量分数,下同)时,对应的PDMS/SiC功能梯度柔性衬底的弹性模量提高了2.76倍,导热系数提高了2.22倍。

摘要： 研究了受外载荷下圆锥角对功能梯度壳的非线性振动的影响.首先,根据Voigt模型,在圆锥壳的厚度方向上建立功能梯度材料属性模型.然后,考虑一阶剪切变形理论和von Kármán非线性,利用Hamilton原理推导了功能梯度圆锥壳的非线性运动方程.之后,应用Galerkin法对运动方程进行离散化处理,再根据Volmir假设将方程简化为单自由度的非线性微分方程.最后,采用谐波平衡法和Runge-Kutta法对方程进行求解,分析了功能梯度圆锥壳的幅频响应特性曲线,讨论了不同材料分布函数以及陶瓷体积分数指数对圆锥壳幅频响应的影响,描述了不同锥角下圆锥壳的分岔图和不同激励幅值下圆锥壳的时间历程和相图,进一步通过Poincaré图反映了圆锥壳运动状态.结果表明:功能梯度圆锥壳呈现“渐硬”弹簧非线性特性;锥角增大,功能梯度圆锥壳混沌运动的现象被抑制,不易产生运动不稳定性;激励幅值增大,功能梯度圆锥壳运动呈现周期到多周期再到混沌的过程.

摘要： 为研究超高性能混凝土功能梯度复合梁(UFGCB)的抗弯承载力,设计6组UFGCB和1组普通钢筋混凝土(RC)梁。通过四点弯曲试验,以超高性能混凝土(UHPC)功能层厚度与UHPC抗拉强度为设计参数,对UFGCB破坏形态、抗弯承载力以及延性进行分析。结果表明:UHPC中纤维桥联作用及纤维拉拔过程中的能量耗散促使UFGCB表现出延性破坏特征。UFGCB的抗弯承载力和延性相较于RC梁试件显著提高,且随UHPC厚度的增加,UFGCB的抗弯承载力逐渐增大,延性先增大后减小。UHPC抗拉强度过高不利于UHPC和混凝土的协同工作能力,会造成UFGCB抗弯承载力的减小和延性降低。依据正截面承载力分析理论,建立UFGCB抗弯承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。

摘要： 为满足车辆实际碰撞要求,提高汽车吸能部件的耐撞性,本文基于仿生原理提出了混合梯度负泊松比结构,建立了有限元模型,同时制作试验样件进行轴向压缩试验,验证了有限元模型的准确性。并利用LS-DYNA在不同冲击角度和冲击速度工况下对9种不同排布方式的混合梯度结构进行仿真模拟。综合耐撞性指标对比结果表明:多工况冲击条件下的最优排布方式为横向负梯度和纵向正梯度的组合,相比于均匀梯度结构,其综合吸能量提高了19.2%,吸能稳定性提高了30.6%,改进效果明显。通过对具有不同排布方式的混合梯度结构的变形模式进行对比分析发现:单一的横向梯度可以提高结构的吸能稳定性,而单一的纵向梯度则可以提高结构的综合吸能性能,最优的混合梯度结构由于合理的材料分布,兼顾了综合吸能性和吸能稳定性,从内在机制上解释了最优排布方式综合性能优异的原因,有利于混合梯度负泊松比结构的工程化。

摘要： 本文基于半解析法分析了一般边界条件下功能梯度开口圆锥板的自由振动特性.首先基于一阶剪切变形理论构建了理论分析模型,并以不同类型弹簧模拟圆锥板结构的边界和连续性条件,圆锥板结构的位移容许函数采用改进的傅里叶级数以消除边界条件的不连续性,并通过里兹法获得功能梯度圆锥板结构的自由振动模态参数.研究表明,本文方法具有良好的收敛性,求解精度较高.研究成果可为一般边界条件下功能梯度圆锥板结构的自由振动特性分析提供数据积累和方法依据.

摘要： 层压复合材料因具有良好的综合力学性能,被广泛用于工业民用、建筑桥梁、军事等结构中。综述了四类复合材料层合结构的抗冲击性能,包括纤维增强复合材料、混杂纤维增强复合材料、仿生复合材料和功能梯度复合材料。总结了国内外复合材料层合结构抗冲击性能的研究现状,分析四类常见复合材料层合结构的抗冲击特性。结合复合材料层合结构抗冲击性能的研究进展,对未来复合材料层合结构在抗冲击方面的应用进行了展望。

摘要： 汽车碰撞过程中,非理想的斜向碰撞较为普遍.本文中通过对三维负泊松比点阵结构进行多工况耐撞性研究,发现冲击角度对三维负泊松比点阵结构的耐撞性有较大影响,随着冲击角度的增大,吸能量呈下降趋势.将梯度负泊松比点阵结构作为填充材料引入吸能盒设计,以吸能盒外壳厚度与内芯3个厚度梯度值为设计变量,最大综合吸能量、最小轴向峰值力和质量为优化目标,质量和设计变量为约束条件,基于多岛遗传算法进行多工况多目标优化设计.结果表明,在质量和最大峰值力增加不大的条件下,负泊松比结构填充吸能盒的综合吸能量与各冲击角度的耐撞性均得到大幅提升,优化效果显著.

摘要： 层压复合材料因具有良好的综合力学性能,被广泛用于工业民用、建筑桥梁、军事等结构中.综述了四类复合材料层合结构的抗冲击性能,包括纤维增强复合材料、混杂纤维增强复合材料、仿生复合材料和功能梯度复合材料.总结了国内外复合材料层合结构抗冲击性能的研究现状,分析四类常见复合材料层合结构的抗冲击特性.结合复合材料层合结构抗冲击性能的研究进展,对未来复合材料层合结构在抗冲击方面的应用进行了展望.

摘要： 研究反平面载荷作用下压电/压磁双材料的周期界面裂纹问题,压电/压磁双材料由有限厚度的功能梯度压电层和功能梯度压磁层粘结而成.为便于分析,假设压电层和压磁层的材料性质沿着裂纹的法线方向呈指数变化,基于分离变量和Hilbert核奇异积分方程方法,获得应力强度因子的数值解.数值算例讨论层厚、周期带长度、梯度参数以及材料参数变动等对应力强度因子的影响.结果发现层厚以及裂纹间距的增大会降低裂纹尖端应力强度因子,梯度参数的改变对应力强度因子也有显著的影响.材料参数变动的讨论发现弹性参数的变动对应力强度因子影响最大,其次为电参数,磁参数的变动对应力强度因子影响最小.

摘要： 本文给出了功能梯度压电梁在集中载荷下的解析解.材料参数沿梁的高度以指数形式变化.集中载荷由正弦级数展开得到.首先导出各向异性功能梯度压电材料平面问题的应力函数和电位移函数所满足的偏微分方程,然后假定应力函数和电位移函数分别为长度方向的三角函数与高度方向为待定函数的乘积,再叠加长度方向的的一次多项式函数的形式,接着求出应力,电位移,轴力,剪力,弯矩,平均电位移,位移和电势的表达式,再利用边界条件完全确定方程的解.

摘要： 热障涂层(TBCs)是适应航天、航空、核能、热机等领域发展而开发出的一种表面防护技术。综述了功能梯度热障涂层材料的特点、制备方法以及表征手段,简要介绍了涂层失效机理研究进展,列举了基本的一些提高涂层抗氧化能力的方法.研究表明,适当的喷涂前处理、后处理和喷涂工艺是提高涂层性能的有效手段.

摘要： 利用弹性波理论建立数学模型，采用幂级数展开法，求解了功能梯度压电压磁平板中SH波耦合微分方程，得到了电磁学开路和电磁学短路两种情况下的相速度方程，结合数值算例讨论了材料参数不同的梯度变化模式对相速度的影响。结果表明：如果弹性常数、压电系数和压磁系数分别单独变化，一次项系数对相速度的影响要大于二次项系数对相速度的影响；弹性常数的变化对相速度的影响最大，而压磁系数对相速度的影响最小，可以忽略。

摘要： 在工程上有些轴对称的物体，承受的载荷并不是轴对称的，这类问题虽不属于空间轴对称问题，但可把载荷在圆周方向展成傅里叶级数，利用物体在几何上的对称性，把一个三维问题转化为一组二维问题求解。本文给出了功能梯度横观各向同性的轴对称压电结构的非轴对称有限元列式，并用MATLAB编制了程序，计算了圆板在非轴对称集中载荷作用下的静力问题和压电圆板的非轴对称的自由振动，并与ANSYS的结果进行了比较。

摘要： 求解了功能梯度压电压磁平板中SH波的耦合微分方程,分别得到了电磁学开路和电磁学短路两种情况下的相速度方程,并用幂级数法计算了不同的梯度变化对相速度的影响.所得结果可为功能梯度压电压磁材料在表声波器件中的应用提供理论依据.

摘要： 从小至每个家庭厨房用的不粘锅到大至超音速战斗机的保护层都大量用到各种涂层，涂层工业的年产值可能达上千亿美元。用功能梯度化概念设计的涂层，其耐磨、耐热和耐腐蚀性能将大大提高，这样的产品增值效果非常明显。本文研究功能梯度涂层在柱形空腔上的表面波频散特性，为其超声无损评估探索可行的方法。

摘要： 基于经典板壳理论，考虑物性参数和温度的影响，研究了功能梯度材料圆柱壳的振动问题，对该问题进行了相应的理论研究和数值分析。

摘要： 硬质合金具有一系列的优良性能,成为传统制造业不可或缺的工具材料.随着世界经济的复苏和增长,带动了整个工业的稳步增长,使得硬质合金在其相关产业的应用越来越广泛,从而对其性能的要求也越来越高.因此,综合性能优越的新型硬质合金成为了研究热点.本文简单介绍了超细及纳米晶硬质合金、超粗晶硬质合金、涂层硬质合金、功能梯度硬质合金这四种优势硬质合金,着重讲解了稀土硬质合金及其作用机理.

摘要： 全球能源60％以上作为废热被浪费,低品位废热的高效转换和利用一直是能源领域的难题.热电材料利用固体材料内部载流子运动,将热能和电能直接相互转换,ZT值是决定热电转换效率的关键指标.Bi2Te3、Sb2Te 3和Bi0.5Sb1.5Te3热电材料在室温到200°C区间具有最高的ZT值,其最佳工作范围正好对应于大多数工业废热的温度.采用单一材料时,温差发电的冷热端不可能同时工作在最佳温度.为进一步提高热电转换效率,将功能梯度概念引入热电材料中.Bi2Te3体系材料晶体结构相同,互溶度高,能够形成一系列中间化合物,为构建连续梯度功能材料提供了可能,理论上同一块材料中的原子大小分布存在梯度时,整个材料对声子的散射能力将增强,热导率降低.在研究Bi2Te3、Sb2Te3和Bi0.5Sb1.5Te3材料热电性能的基础上,选择Sb2Te3和Bi0.5Sb1.5Te3材料作为初始组份,通过液体沉降法形成密度梯度,再通过PAS放电等离子烧结获得Sb2Te3/Bi0.5Sb1.5Te3连续梯度材料.热电性能测试结果发现Sb2Te3/Bi0.5Sb1.5Te3梯度材料的Seebeck系数以及热导率的值均良好.Sb2Te3/Bi0.5Sb1.5Te3连续梯度材料的功率因子可达到3700μW/cm.k2,,相比于Bi2Te3提高了45％,相比于目前此类材料中公认性能最好的Bi0.5Sb1.5Te3提高了17％.

摘要： 本发明提供了一种利用梯度铜钨合金粉末制备铜钨梯度功能材料的工艺，具体包括：混粉基体的制备：混合带有不同比例成型剂的各个梯度铜钨粉末，得到含有不同比例成型剂的各个梯度铜钨粉末的混粉基体；压制：将混好的不同比例成型剂的各个梯度铜钨粉末的混粉基体根据需求分别倒入适合的模具中，在液压机上进行压制，得到各个成型工件；脱胶：进行烧结脱胶；烧结：将准备好的铜块放在不同梯度的铜钨坯块上，再在钼丝炉进行液相烧结；采用本发明方法进行铜钨梯度材料的制备，能够有效地降低材料成本及设备要求，进一步降低成本，提高材料性能，并且满足批量化生产。

摘要： 本实用新型公开了一种同时具有水平梯度和垂直梯度功能的3D打印机，包括机架，机架上固定有铺粉平台板；下密封箱体固定在铺粉平台板的底面，且内部安装与铺粉平台板底面固定的供料缸和成型缸；上密封箱体固定在铺粉平台板的顶面，且内部安装有混合供料机构和铺粉小车；补料罐组与混合供料机构连接；激光扫描振镜的激光发射端能够进入上密封箱体内部；循环过滤机构安装在机架上，且与下密封箱体和上密封箱体连通。本实用新型具有水平梯度和垂直梯度材料的3D打印功能，优化了供粉结构，增加了供料缸体及排布方式，克服了市场现有3D梯度打印机技术功能上的不足。

摘要： 本发明涉及钢工件表面上功能梯度纳米多层涂层的制备方法和包含所述功能梯度纳米多层涂层的制品。具体地，本发明公开了一种在钢工件表面上沉积功能梯度纳米多层涂层的方法以及在钢工件表面上沉积的所述功能梯度纳米多层涂层。本发明还涉及一种制品，该制品包含所述钢工件和沉积在所述钢工件表面上并覆盖至少一部分所述钢工件表面的所述功能梯度纳米多层涂层。所述功能梯度纳米多层涂层包括在所述钢工件表面上沉积的Cr基底层；在所述Cr基底层上沉积的CrN过渡层，在所述CrN过渡层上沉积的(Cr,Si)N梯度层，和在所述(Cr,Si)N梯度层上沉积的(Cr,Al,Si)N表面层。所述功能梯度纳米多层涂层的色泽以银灰色和仿不锈钢色为主，其整体厚度为3～5μm，表面硬度值达HV2000～3200。所述功能梯度纳米多层涂层具备高光洁度、高结合强度、高表面硬度，并且耐磨损、耐腐蚀性能优良。

摘要： 本发明涉及钢工件表面上沉积功能梯度纳米多层涂层的方法以及包含所述功能梯度纳米多层涂层的制品。具体地，本发明公开了一种在钢工件表面上沉积功能梯度纳米多层涂层的方法以及在钢工件表面上沉积的所述功能梯度纳米多层涂层。本发明还涉及一种制品，该制品包含所述钢工件和沉积在所述钢工件表面上并覆盖至少一部分所述钢工件表面的所述功能梯度纳米多层涂层。所述功能梯度纳米多层涂层包括在所述钢工件表面上沉积的Cr基底层；在所述Cr基底层上沉积的CrN过渡层，在所述CrN过渡层上沉积的Cr(C,N)梯度层，和在所述Cr(C,N)梯度层上沉积的(Cr,Al,Si)(C,N)表面层。所述功能梯度纳米多层涂层的色泽以灰黑色和枪黑色为主，其整体厚度为3～5μm，表面硬度值达HV2400～3600。所述功能梯度纳米多层涂层既具备高光洁度、高结合强度、高表面硬度，并且耐磨损、耐腐蚀性能优良。

摘要： 本发明涉及一种求解任意梯度分布的功能梯度板弯曲问题的方法，属于弹性力学技术领域，具体将功能梯度板分为若干层，采用弹性模量的分层幂函数分布假设，相当于用一般幂函数曲线分段来无限逼近功能梯度板的真实材料属性的曲线，该方法不但可以反应材料属性的非均匀参数对其位移与应力响应的影响，而且可以快速精确的获得任意梯度分布的功能梯度板弯曲问题的解。

摘要： 本发明公开了一种弹性模量环向呈梯度变化的功能梯度井壁结构及施工方法，该井壁结构沿环向分为8个区域，为中心对称结构。每一区域内配置同一种混凝土材料，在弯矩和变形较大的区域配置较大的弹性模量，在弯矩和变形较小的区域配置较小的弹性模量；各区域的混凝土材料为普通混凝土，不同区域之间直接接触连接，整个功能梯度井壁的弹性模量沿环向呈梯度变化。功能梯度井壁通过改变弹性模量使环向不同位置的材料强度不同，从而最大限度地利用混凝土强度，节省材料成本，在保证结构安全的前提下，降低井壁结构部分区域的弹性模量，提高结构的经济性。

摘要： 一种功能梯度型无机抗蚀剂，其具有被照射激光的主表面和与上述主表面相向的背面、通过热而变化状态；上述功能梯度型无机抗蚀剂包含单层抗蚀剂；使上述单层抗蚀剂的至少组成从上述主表面侧至上述背面侧连续地变化；上述单层抗蚀剂中，局部被照射激光时达到一定温度的区域的各向异性从上述主表面侧向上述背面侧连续地提高。

摘要： 本发明涉及钢工件表面上功能梯度纳米多层涂层的制备方法和包含所述功能梯度纳米多层涂层的制品。具体地，本发明公开了一种在钢工件表面上沉积功能梯度纳米多层涂层的方法以及在钢工件表面上沉积的所述功能梯度纳米多层涂层。本发明还涉及一种制品，该制品包含所述钢工件和沉积在所述钢工件表面上并覆盖至少一部分所述钢工件表面的所述功能梯度纳米多层涂层。所述功能梯度纳米多层涂层包括在所述钢工件表面上沉积的Cr基底层；在所述Cr基底层上沉积的CrN过渡层，在所述CrN过渡层上沉积的(Cr,Si)N梯度层，和在所述(Cr,Si)N梯度层上沉积的(Cr,Al,Si)N表面层。所述功能梯度纳米多层涂层的色泽以银灰色和仿不锈钢色为主，其整体厚度为3～5μm，表面硬度值达HV2000～3200。所述功能梯度纳米多层涂层具备高光洁度、高结合强度、高表面硬度，并且耐磨损、耐腐蚀性能优良。

摘要： 本发明涉及钢工件表面上沉积功能梯度纳米多层涂层的方法以及包含所述功能梯度纳米多层涂层的制品。具体地，本发明公开了一种在钢工件表面上沉积功能梯度纳米多层涂层的方法以及在钢工件表面上沉积的所述功能梯度纳米多层涂层。本发明还涉及一种制品，该制品包含所述钢工件和沉积在所述钢工件表面上并覆盖至少一部分所述钢工件表面的所述功能梯度纳米多层涂层。所述功能梯度纳米多层涂层包括在所述钢工件表面上沉积的Cr基底层；在所述Cr基底层上沉积的CrN过渡层，在所述CrN过渡层上沉积的Cr(C,N)梯度层，和在所述Cr(C,N)梯度层上沉积的(Cr,Al,Si)(C,N)表面层。所述功能梯度纳米多层涂层的色泽以灰黑色和枪黑色为主，其整体厚度为3～5μm，表面硬度值达HV2400～3600。所述功能梯度纳米多层涂层既具备高光洁度、高结合强度、高表面硬度，并且耐磨损、耐腐蚀性能优良。

摘要： 本发明公开一种功能梯度材料成分梯度路径优化设计方法，针对双丝WAAM横向制备FGM过程，优化梯度路径的设计方法，通过优化梯度分布函数，对有害相组分段的梯度分布函数进行曲线拟合，使有害相组分段在不出现阶跃成分点的前提下平顺过渡并减小有害相区域，进而提高整体的性能及使用寿命。本发明利用双丝WAAM系统制备梯度横向过渡的FGM，避免梯度路径中出现阶跃或不平顺成分点，避免出现明显界面，进而提高FGM整体性能及使用寿命。