功能梯度涂层材料的研究进展

梯度功能复合材料,,

采用铸造?倾析?铸造技术制备A390/A356铝合金功能梯度复合材料时过热和凝固层厚度对其界面接合的影响 Abstract: T he cast?decant?cast is a new method for the preparation of the functionally graded components that has been developed in recent years. The functionally graded cylindrical shape component with a radial gradient, e.g. the first alloy (A390) with high wear resistance on the surface of the piece and toughness and the second alloy (A356) of low machining costs in the core of the piece can be produced via this melt process. The effectof the second alloy superheat at temperatures of 750, 820 and 860 °C as well as the effect of the first alloy solidified layer at 25, 35 and 45 s decanting time on achieving the perfect interface between the twoalloys was investigated. The characterization of the interface was carried out by optical microscopy and scanning electron microscopy,and its width was measured by the microhardness test. The results showed that the best interface was obtained at 860 °Cand 35 s decanting time with a width of 500 μm. Also, the wear resistance test was performed to measure and compare the surface wear resistance to the core. Key words: A390 alloy; A356 alloy; functionally graded material; cast?decant?cast process 摘要：铸造?倾析?铸造技术是近年来发展起来的一种制备功能梯度材料的新方法。采用这种方法制备在径向具有梯度功能的圆柱形试样，其外表层为具有高耐磨性的A390铝合金，芯部为具有较高韧性和加工性能的A356铝合金。研究芯部熔体在不同过热温度(750，820和860 °C)和表层在不同倾析时间(25，35和45 s)下的A390/A356铝合金界面接合情况。采用光学显微镜和扫描电镜对界面进行表征，对界面区的显微硬度进行测量。结果表明，在过热温度为860 °C，倾析时间为35 s的条件下，可以获得一宽度约为500 μm的接合良好的界面层。比较了试样表面层和芯部的耐磨性能。关键词：A390铝合金；A356铝合金；功能梯度材料；铸造?倾析?铸造技术 1引言工程中的许多组件需要材料的对立特性，如质轻和耐磨，耐磨性和可加工性，横截面的硬度和韧性等。梯度功能材料（FGM）填补了这种材料科学的缺口，就是组件需要在不同的位置有不同的属性和实现均相横截面的最优属性的材料。功能梯度材料是成分和显微结构沿厚度变化的材料[ 1 ]。在最近的几十年里，一些熔融工艺已被用于批量制作功能梯度材料。最常见的方法是离心铸造[ 2 ]，功率超声铸造[ 3 ]，沉降[4]，磁分离[5]和熔体渗透[ 6]。2005年，都柏林大学开发了生产功能梯度轻合金铸造的新技术；该技术被称为铸造?倾析?铸造（CDC）技术。SCANLAN等人确定了三个与CDC（铸造?倾析?铸造）进程相关联的技术：转向，内部倾析和低压技术。通过这些方法生产的功能梯度材料，已被用于生产下面的

材料力学(2)阶段性作业11.doc

中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院材料力学（2）课程作业1（共 3 次作业）学习层次：专升本涉及章节：上册第7章一、选择题：（每小题有四个答案，请选择一个正确的结果。） 1. 提高梁的弯曲强度的措施有。 A. 采用合理截面； B. 合理安排梁的受力情况； C. 采用变截面梁或等强度梁； D. ABC ； 2. 对于一个微分单元体，下列结论中错误的是。 A. 正应力最大的面上剪应力必为零； B. 剪应力最大的面上正应力为零； C. 正应力最大的面与剪应力最大的面相交成45度； D. 正应力最大的面与正应力最小的面必相互垂直； 3. 下列结论错误的是。 A. 微分单元体的三对互相垂直的面上均有剪应力，但没有正应力，这种应力状态属于纯剪切状态； B. 纯剪切状态是二向应力状态； C. 纯剪状态中31σσ= ； D. 纯剪切状态中的最大剪应力的值与最大正应力的值相等； 4. 一点应力状态有几个主平面。 A. 两个； B. 最多不超过三个； C. 无限多个； D. 一般情况下有三个，特殊情况下有无限多个； 5. 以下结论错误的是。 A. 如果主应变之和为零，即：0321=++εεε，则体积应变为零； B. 如果主应力之和为零，即：0321=++σσσ，则体积应变为零； C. 如果泊松比5.0=μ，则体积应变为零； D. 如果弹性模量0=E ，则体积应变为零； 6．一圆轴横截面直径为d ，危险横截面上的弯矩为M ，扭矩为T ，W 为抗弯截面模量，则危险点处材料的第三强度理论相当应力表达式为____________。Ａ.W T M 22+ Ｂ.W T .M 22750+ Ｃ.W T M 224+ Ｄ.W T M 2 23+ 7．一点应力状态主应力作用微截面上剪应力为零。 A ．可能 B ．必定 C ．不一定 D ．不能确定是否 8．钢制薄方板的ABDC 的三个边刚好置于图示刚性壁内，AC 边受均匀压应力y σ，且板内各点处0=z σ，则板内靠壁上一点m 处沿x 方向的正应力x σ和正应变x ε应为。 A. 00==x x ,εσ； B. y x μσσ= ，0=x ε ； C. y x E σμ σ= ，0=x ε ； D. y x μσσ-= ，y x E σμε-= ；

材料力学研究课题

剪线钳力学分析 12级机械电子一班叶兴状 3126113024 我做的研究课题是剪线钳使用及其断裂失效原因分析，由于时间紧、期末忙于复习考试难免会有错误，希望老师加以批评指正、不吝赐教。我们家里都有用过剪线钳这一普通工具，剪线钳用于各种操作，通常用来剪尺寸正常的铜线、铁线等。下图是我找到的一把普通剪线钳，目视检查后，分三步进行分析并预测其失效的原因。首先进行应力计算，事先准备一根10TW(直径 0.259cm)的铜线，通过去图书馆查阅资料知道剪断这种型号的铜线需要D 的力为F=436N,而且我在实验过程中发现剪线钳只发生弹性弯曲,连续完成三个实验后，剪线钳没有明显的损伤。剪线钳是由Q255钢制成的，施加在剪线钳上的最大外层应力可以用简支梁的计算公式计算: I M y =σ 简单粗略计算得：式中 M ——为力矩=6.4cm*438N y ——为0.34cm I ——为惯性矩=0.0112 cm 4 所以 =σ 8.4*104 Pa

查阅资料得：该型号剪线钳抗拉压强度[σ]=1.24*108Pa 将剪线钳的一边看成外伸梁，如图 d1=14cm d2=3cm F1=436N F2=-F1=-436N 直径d=1.2cm 查表知：E=45GPa 则M A =F1*d1+F2*d2=46.51N/m 抗弯截面系数W=d/2I 其中I=64 d *d *d *d π则W=32 d *d *d π=1.8*10-7cm 3 横截面积A=4d *d π=1.13*10-4 压应力=σA F 1=3.9*106Pa 由M MAX =Fd1 强度条件为 M MAX <=W[σ] 联立解得F<=1.6KN 所以根据上述计算可知，只要施加在剪线钳上的最大压紧力不超过 1.6KN ，该剪线钳就不会损坏，所以平时要注意，这样就可以保护好剪线钳。

非均质材料力学研究进展

非均质材料力学研究进展: 热点、焦点和生长点 Advances in Heterogeneous Materials Mechanics: Cutting-edge and Growing Points Jinghong Fan1,2 Haibo Chen3 1 Kazuo Inamori School of Engineering, Alfred University, Alfred, New York, 14802, USA 2 Research Center of Materials Mechanics, ChongQing University, ChongQing, 400044, P. R. China 3 Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, CAS Key Laboratory of Mechanical behavior and Design of Materials, Hefei, Anhui, 230026, P. R, China Recently, heterogeneous materials mechanics (HMM) has attained increased momentum for its development. These advances are motivated by the needs of nanotechnology, biotechnology, materials sciences, renewable energy, aeronautical and aerospace engineering, etc. New phenomena, concepts, and methods, and fruitful research results appear in its different branches. This speeds the collaboration and combination between the HMM and other disciplines such as materials science, condensed physics, chemistry and engineering sciences. This trend is shown in the positive attitudes of the world's top scholars, who attended or will attend the series of International Conferences of Heterogeneous Materials Mechanics (ICHMM-2004, ICHMM-2008 and ICHMM-2011). This paper is a systematic review of the cutting-edge and growing points of the heterogeneous materials mechanics. It includes not only the contents of presentations and discussions of the six special workshops held in the ICHMM-2008, but also includes the recent, focused research topics and their new achievements. Specifically, this paper discusses the advances in the following aspects: Multiple physics and multiscale modeling, atomistic to continuum analyses of materials structure and behavior, stochastic microstructure evolution and degradation, modeling realistic microstructure, biological and nature-inspired materials design, in situ experiments and model validation, mechanics of functional gradient materials, and the development of micron-nano devices and systems. Taking the topic of multiple physics and multiscale modeling as an example, this paper introduces its background, objectives, needs, advantages and disadvantages of existing methods, obstacles for its development, applications , intrinsic connections with other

材料力学(2)阶段性作业11

中国地质大学()远程与继续教育学院材料力学（2）课程作业1（共 3 次作业）学习层次：专升本涉及章节：上册第7章一、选择题：（每小题有四个答案，请选择一个正确的结果。） 1. 提高梁的弯曲强度的措施有。 A. 采用合理截面； B. 合理安排梁的受力情况； C. 采用变截面梁或等强度梁； D. ABC ； 2. 对于一个微分单元体，下列结论中错误的是。 A. 正应力最大的面上剪应力必为零； B. 剪应力最大的面上正应力为零； C. 正应力最大的面与剪应力最大的面相交成45度； D. 正应力最大的面与正应力最小的面必相互垂直； 3. 下列结论错误的是。 A. 微分单元体的三对互相垂直的面上均有剪应力，但没有正应力，这种应力状态属于纯剪切状态； B. 纯剪切状态是二向应力状态； C. 纯剪状态中31σσ=； D. 纯剪切状态中的最大剪应力的值与最大正应力的值相等； 4. 一点应力状态有几个主平面。 A. 两个； B. 最多不超过三个； C. 无限多个； D. 一般情况下有三个，特殊情况下有无限多个； 5. 以下结论错误的是。 A. 如果主应变之和为零，即：0321=++εεε，则体积应变为零； B. 如果主应力之和为零，即：0321=++σσσ，则体积应变为零； C. 如果泊松比5.0=μ，则体积应变为零； D. 如果弹性模量0=E ，则体积应变为零； 6．一圆轴横截面直径为d ，危险横截面上的弯矩为M ，扭矩为T ，W 为抗弯截面模量，则危险点处材料的第三强度理论相当应力表达式为____________。Ａ.W T M 22+ Ｂ.W T .M 22750+ Ｃ.W T M 224+ Ｄ.W T M 2 23+ 7．一点应力状态主应力作用微截面上剪应力为零。 A ．可能 B ．必定 C ．不一定 D ．不能确定是否 8．钢制薄方板的ABDC 的三个边刚好置于图示刚性壁，AC 边受均匀压应力y σ，且板各点处0=z σ，则板靠壁上一点m 处沿x 方向的正应力x σ和正应变x ε应为。 A. 00==x x ,εσ； B. y x μσσ= ，0=x ε ； C. y x E σμ σ= ，0=x ε ； D. y x μσσ-= ，y x E σμ ε-= ；

功能梯度复合材料圆柱壳固有频率解

第25卷第6期2005年12月地震工程与工程振动 EARTHQUAKE ENG I NEER I NG AND ENG I NEER I NG V IBRAT I ON V o.l 25,N o .6 D ec .2005 收稿日期:2005-01-24; 修订日期:2005-04-10 基金项目:国家自然科学基金项目(10432030) 作者简介:曹志远(1938-),男,教授,主要从事结构动力学与工程力学研究. 文章编号:1000 1301(2005)06 0038 05 功能梯度复合材料圆柱壳固有频率解曹志远 (同济大学航空航天与力学学院,上海200092) 摘要:本文建立了功能梯度复合材料圆柱壳的基本动力方程,给出了各类功能梯度复合材料圆柱壳固有频率的一般解析解法,并具体导出了两端简支功能梯度圆柱壳各阶固有频率解的解析表达式,十分简明、实用。关键词:功能梯度材料;圆柱壳;动力方程;固有频率中图分类号:P315.976 文献标识码:A Natural frequency solution for functionall y graded material cylindrical shells Cao Zh i y uan (School ofA erospace Engineeri ng and App li ed M echan ics ,TongjiU nivers it y ,Shanghai 200092,C hina) Abst ract :The funda m enta ldyna m ic equations of functi o na ll y graded m ateri a l cy li n drical she ll are established .Then its general solution o f natura l frequencies and m ode shapes for vari o us FGM cylindrica l shells is g i v en and as an ex a mp le t h e ana l y tica l expression of natural frequenc ies for cy li n drical she llw ith si m ple boundary cond ition is presen ted in th is paper .K ey w ords :functional g raded m ater i a ;l cy li n drical shel;l dyna m ic equation ;natural frequency 引言功能梯度材料(FGM )是一种近期发展的新型复合材料,它由多种不同材料介质沿空间按不同组分进行复合,形成材料功能的梯度分布,从而满足构件不同部位对材料使用性能的不同要求;同时,由于该种材料及结构中各组分相呈连续变化,不存在明显的界面及性能的突变,因此具有优于一般层叠型与组合型复合材料的特性。这种将性能各异的材料按照设计意愿在结构内部非均匀、连续地合成的复合材料,使新材料的研制迈入了材料设计的更高层次 [1] 。功能梯度材料的设计理念是日本科学家于上世纪80年代首先提出来的。后来,这一概念逐渐被应用于其它功能材料的构思与研究中,在航天、能源、电子、光学、化学和生物医学工程等重要领域得到广泛应用与发展。近年来,功能梯度材料与结构的研究已引起国际学术界广泛关注 [2] ;我国在国家科委高科技 863 、 973 计划及国家自然科学基金会组织与资助下,功能梯度材料的基础研究工作也得到相当重视,并开始展开系统、深入、有计划的研究。功能梯度材料是作为航空航天工业中特殊功能材料而开始研究的,加上其发展时间较短,因此功能梯度

材料力学(2)(专升本)阶段性作业4

材料力学(2)(专升本)阶段性作业4 单选题 1. 对于脆性材料，下列结论：（1）试件轴向拉伸试验中出现屈服和颈缩现象；（2）抗压缩强度比抗拉伸强度高出许多；（3）抗冲击的性能好。以上三结论中错误的是。(6分) (A) （1）和（2） (B) （2）和（3） (C) （3）和（1） (D) （1）、（2）和（3）参考答案：C 2. 根据各向同性假设，可以认为构件内一点处，沿该点任意方向都相同。(6分) (A) 应力 (B) 应变 (C) 材料力学性质的方向性 (D) 变形；参考答案：C 3. 塑性金属材料变形到强化阶段后卸载，再重新加载到塑性变形阶段。则材料的力学性质发生变化。同卸载前材料相比较，材料_____。(6分) (A) 降低了比例极限，提高了塑性； (B) 提高了比例极限，降低了塑性； (C) 提高了比例极限和弹性模量； (D) 降低了屈服极限和延伸率；参考答案：B 4. 铸铁试件在轴向压缩实验中，试件剪破裂面方位同主压应力方位间的夹角，经测定一般在。(6分) (A) 大于 (B) 等于 (C) 左右 (D) 以上三种情况都可能出现参考答案：C 5. 单轴拉伸试验如图所示，材料为均质材料，拉伸试样上A、B 两点的距离称为有效标距。受轴向拉力作用后, 试件有效标距段内任意一点所处的应力状态

是。 (6分) (A) 单向应力状态 (B) 二向应力状态 (C) 三向应力状态 (D) 纯剪切应力状态参考答案：A 6. 抗拉（压）刚度为EA 的等直杆件, 受轴向外力作用，产生轴向拉（压）变形，如图所示。则该杆件的应变能为。 (5分) (A) (B) . (C) (D) 参考答案：A 7. 梁平面弯曲时任意横截面上距离中性轴最远处各点都处于_____。(5分) (A) 单向应力状态 (B) 纯剪切应力状态 (C) 空间应力状态 (D) 零应力状态参考答案：A 8. 以下几种说法中正确的是。(5分) (A) 固体材料产生变形，在塑性变形过程中无能量的耗散。 (B) 线应变和角应变都是无量纲的量

功能梯度材料分层法研究

功能梯度材料分层法研究摘要功能梯度材料具有随空间位置呈梯度变化的材料属性，这一性能引起了材料科学家和工程师研究的兴趣。基于分层法，将功能梯度材料平面结构划分成若干层，每层的材料参数按函数形式变化。在此分层模型基础上得到同一层的材料参数为常数，然后各层按照常规的有限元方法进行网格划分，建立有限元模型进行功能梯度材料平面结构的力学分析。通过设计组分材料弹性模量的三种工况，讨论了弹性模量梯度系数对有限元计算结果的影响，有一定的误差。于是引入线性分层法，该模型基于任意一条连续曲线可用一系列的分片连续直线段来逼近的事实，将梯度材料层分成若干子层，在各子层界面处材料参数连续并且等于实际值。将此模型应用于实际问题推导，我们发现与指数模型结果吻合的很好。关键词：功能梯度材料；分层法；梯度系数；线性分层法 1 FGM研究背景 FGM概念是在1984年前后，由在日本仙台地区的二位材料科学家，日本航天技术研究所的新野正之博士、东北大学的平井敏雄教授和渡边龙三教授首先提出的。当初提出FGM概念的目的是为了解决在设计制造新一代航天飞机的热保护系统中出现的许多问题。据估计，航天飞机工作时，机体外部有些部位最高温度将达1800℃，因此对航天飞机表面的材料要求是要能耐高达1800℃的温度和1600℃的温度落差。已知的工业材料没有能忍受如此苛刻的热机负载的，能用于这种环境条件的材料必须具备以下三个特征:材料的高温表面层能耐热和抗氧化,低温侧具有力学韧性及整个材料中能有效地缓和热应力。面对这种材料要求,FGM这一新概念被提了出来。这种新材料的高温侧是能耐热的陶瓷,低温侧是具有高热导率的韧性金属,并具有从陶瓷到金属的梯度成分变化。这种FGM的特征其热膨胀系数可以通过控制两个表面之间的成分、微结构、微孔的比率来加以调节。FGM概念一提出就受到日本和世界材料界的高度重视。日本科技厅授予此概念的发明者特别奖。FGM也被列入各种国际国内会议的报告范围。 1.1 FGM定义及原理

梯度功能材料讲稿

梯度功能材料一、引言许多结构件会遇到各种服役条件，因此，要求材料的性能应随构件中的位置而不同。例如，民用或军用刀具都只需其刃部坚硬，其它部位需要具有高强度和韧性；一个齿轮轮体必须有好的韧性，而其表面则必须坚硬和耐磨；涡轮叶片的主体必须高强度、高韧性和抗蠕变，而它的外表面必须耐热和抗氧化。诸如此类，可以发现现在应用的许多材料都是属于这个范畴。众所周知，构件中材料成分和性能的突然变化常常会导致明显的局部应力集中，无论该应力是内部的还是外加的。但人们同样知道，如果从一种材料过渡到另一种材料是逐步进行的，这些应力集中就会大大地降低。为了减少材料的应力集中，提高材料的性能，人们发展了一种新型的功能梯度材料(Functionaily Gradient Materials，简称FGM)。虽然FGM 产生的时间不长，但很快引起世界各国科学家的极大兴趣和关注。日本、美国、德国、俄罗斯、英国、法国、瑞士等许多国家相继开展FGM的研究。其应用已扩展到宇航．核能源、电工材料、光学工程、化学工业、生物医学工程等各个领域中。二、梯度功能材料的发展梯度功能材料(FGM)是一种集各种组分(如金属、陶瓷、纤维、聚合物等)一体的新型材料，其结构、物性参数和物理、化学、生物等单一或综合性能都呈连续变化，以适应不同环境，实现某一特殊功能。梯度功能材料其实早就出现在自然界中。神奇的大自然早制造出多种梯度材料。例如，竹子是一种典型的梯度功能材料，人类和动物身体中的骨骼也是一种梯度材料，其特点是结构中的最强单元承受最高的应力。但是，在生命体中的梯度结构与人造梯度结构之间存在很大的差异。有生命的“FGMs”也是“有智能的”，它们能够感受所处环境的变化(包括局部的应力集中)，产生相应的结构修改，而人造梯度材料至少在目前还缺乏这种功能。人造梯度功能材料并不是新的事物，只不过人们没有意识到而已。人类制造的钢制器件实质就是一种功能梯度材料。1900年，美国的伍德用明胶作成了光折射率沿径向连续变化的圆柱棒，称之为梯度折射材料。由于制作工艺没有解决，未能得到实际应用，没有引起人们的注意。1969年，日本板玻璃公司的北野等人用离子交换工艺制成玻璃梯度折射棒材和光纤，达到了实用水平，梯度折射率材料的研究才迅速发展起来，研究的国家也从美国和日本扩展到二十几个国家。 1972年，Bever和Duwez提出了功能梯度这个概念。功能梯度材料作为一个规范化正式概念于1984由日本国力宇航实验室提出。由于航天飞机中，燃烧室内外表面的温差达到1000K以上，普通的金属材料难以满足这种苛刻的使用环境。一系列政府报告论述了日本在以太空飞机为重点的航天研究中所预计的材料需求，结论是鉴于对高温结构件的许多严格要求，需要在结构中仔细地引入成分和微观结构梯度，不但能最全面地利用已有材料去生产所需要的构件，还能避免由于外加应力或温度变化而在不同材料的锐利界面上引起的应力和(或)应变集中。1987年，日本平井敏雄、新野正之和渡边龙三人提出使金属和陶瓷复合材料的组分、结构和性能呈连续性变化的热防护梯度功能材料的概念。同年，日本科技厅制定了有关FGMs的一项庞大计划，主要研究一边处于冷却而另一边处于炙热环境下的部件的特殊要求。1990

材料力学作业(二)Word版

材料力学作业（二）一、是非判断题 1、圆杆受扭时，杆内各点处于纯剪切状态。（错） 2、圆杆扭转变形实质上是剪切变形。（错） 3、非圆截面杆不能应用圆截面杆扭转切应力公式，是因为非圆截面杆扭转时“平截面假设”不能成立。（对） 4、材料相同的圆杆，他们的剪切强度条件和扭转强度条件中，许用应力的意义相同，数值相等。（错） 5、受扭杆件的扭矩，仅与杆件受到的转矩（外力偶矩）有关，而与杆件的材料及其横截面的大小、形状无关。（对）二、选择题 1、内、外径之比为α的空心圆轴，扭转时轴内的最大切应力为τ，这时横截面上内边缘的切应力为（ B ）。 A τ； B ατ； C 零； D （1- 4α）τ 2、实心圆轴扭转时，不发生屈服的极限扭矩为T ，若将其横截面面积增加一倍，则极限扭矩为（ C ）。 0 B 20T 0 D 40T 3、阶梯圆轴的最大切应力发生在（ D ）。 A 扭矩最大的截面； B 直径最小的截面； C 单位长度扭转角最大的截面； D 不能确定。 4、空心圆轴的外径为D ，内径为d, α=d／D ，其抗扭截面系数为（ D ）。 A ()3 1 16p D W πα=- B ()3 2 1 16p D W πα=- C ()3 3 1 16p D W πα=- D ()3 4 1 16p D W πα=-

5、扭转切应力公式n P p M I τρ=适用于（ D ）杆件。 A 任意杆件； B 任意实心杆件； C 任意材料的圆截面； D 线弹性材料的圆截面。 6、若将受扭实心圆轴的直径增加一倍，则其刚度是原来的（ D ）。 A 2倍； B 4倍； C 8倍； D 16倍。友情提示：本资料代表个人观点，如有帮助请下载，谢谢您的浏览！

梯度功能材料

题目：梯度功能材料报告人: 朱景川教授时间：2006年5月13日 8：30-11：30 近年来,材料科学获得了突飞猛进的发展。究其原因,一方面是因为各个学科的交叉渗透,引入了新理论方法及实验技术;另一方面是因为实际应用的迫切需要而对材料提出了新的要求。功能梯度材料(functionally gradient material ,FGM) 即是这方面一个很好的事例。它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。下面综述了这方面的研究现状,同时对其将来可能的发展趋势进行了讨论。梯度功能材料是一种新型的功能复合材料它的两侧由不同性能的材料组成中间部分的组成和结构连续地呈梯度变化从而使材料的性质和功能也沿厚度方向呈梯度变化克服了不同材料结合的性能不匹配因素使两种材料的优势都得到充分发挥。 1 功能梯度材料的设计复合材料已在工程中得到广泛应用,然而传统的复合材料,由于由两种或以上的不同均匀材料结合在一起而存在明显的界面,因此材料的物性参数如弹性模量、热膨胀系数在该处不匹配,从而使得界面容易成为失效的源泉,界面设计也就成为复合材料设计的重要课题。另一方面随着现代科学技术的进步,超音速航天飞机、超音速民用交通、现代航天飞行器以及下一代电力系统装置都对材料的设计与应用提出了新的要求。例如航天飞机的发展就面临许多技术问题,特别在先进隔热材料方面,通常使用的陶瓷复合材料弥散强化陶瓷,已经无法承受由于航天飞行环境中极端的温度梯度引起的高热应力。 FGM 的设计一般采用逆设计系统即根据使用条件和性能要求对材料的组成和结构的梯度分布进行设计。以热应力缓和型耐热材料为例根据指定的材料结构、形状及受热环境得出热力学边界条件从已有材料合成及性能的知识库中选择有可能合成的材料组合体系及制备方法再用热弹性理论及计算数学方法对选定材料体系组成的梯度分布函数进行温度分布模拟和热应力模拟寻求达到最大功能的组成分布指数。为了解决这类问题,日本材料学家新野正之(MasyuhiNINO) 、平井敏雄( ToshioHIRA)和渡边龙三(RyuzoWATANBE)等在20世纪80年代中后期提出了功能梯度材料的概念。功能梯度材料的研究开发最早始于1987年日本科学技术厅的一项“关于开发缓和热应力的功能梯度材料的基础技术研究”计划。所谓功能梯度材料是根据使用要求,选择使用两种不同性能的材料,采用先进的材料复合技术,使中间的组成和结构连续呈梯度变化,内部不存在明显的界面,从而使材料的性质和功能沿厚度方向也呈梯度变化的一种新型复合材料。也就是材料组分在一定的空间方向上连续变化的一种复合材料。由于功能梯度材料的这种特点,因此它能有效地克服传统复合材料的不足。

材料力学2阶段性作业2

材料力学(2)(专升本)阶段性作业2 总分：100分得分：0分一、单选题 1. 一圆轴横截面直径为，危险横截面上的弯矩为，扭矩为，为抗弯截面模量，则危险点处材料的第四强度理论相当应力表达式为_____。(6分) (A) (B) (C) (D) 参考答案：B 2. 空心圆杆两端受轴向拉伸和扭转变形，圆杆表面上一点单元体所处应力状态为_____。(6分) (A) 单向应力状态 (B) 二向应力状态

(C) 三向应力状态 (D) 纯剪切应力状态参考答案：B 3. 关于固体材料的物性参数（弹性摸量、泊桑比、剪切弹性模量、体积弹性模量等），下面各种说法，不正确的是。(6分) (A) 物性参数只取决于材料 (B) 物性参数不但取决于材料，而且和构件的受力有关 (C) 物性参数不但取决于材料，而且和构件的几何尺寸有关 (D) 物性参数不但取决于材料，而且和构件的受力、约束和几何尺寸都有关参考答案：A 4. 试求图示杆件2-2截面上的轴力是_____。(6分) (A) (B)

(C) (D) 参考答案：B 5. 一点应力状态如图所示等腰直角五面体微单元。已知该单元体上下微截面无应力作用，两直角边微截面上只有剪应力，则三角形斜边微截面上的正应力和剪应力分别为_____。 (6分) (A) ， (B) ， (C) ， (D) ，参考答案：B

6. 一点处于平面应力状态如图所示。已知图示平面三角形微单元的、两微截面上的正应力，剪应力为零。在竖直微截面上的应力为_____。 (5分) (A) ， (B) ， (C) ， (D) ，参考答案：A 7. 钢制薄方板的的三个边刚好置于图示刚性壁，边受均匀压应力，且板各点处，则板靠壁上一点处沿方向的正应力和正应变应为_____。 (5分) (A)

梯度功能材料的制备与应用及其发展状况.

—— 学科前沿知识讲座论文学科前沿知识讲座论文—— 梯度功能材料的制备与应用及其发展状况姓名:李振学号:08132213 班级:材料物理08-2 日期:2011年10月22日梯度功能材料的制备与应用及其发展状况李振 (中国石油大学(华东理学院材料物理08-2,青岛,266555 摘要:近年来,梯度功能材料(Functionally Gradient Materials,FGM由于其优异的性能和特殊的功能,得到了迅速发展,展现出极大的应用价值。FGM的制备方法主要有粉末冶金法、等离子喷涂法、激光熔覆法、气相沉积法、自蔓延高温燃烧法等。FGM在航空航天、机械工程、电磁工程、生物工程、核能和电气工程等领域都有广泛的应用。文章综述了FGM的制备方法、在各领域的应用以及发展现状,对未来的发展做了一些展望。

关键词:梯度功能材料;制备方法;应用;发展前景 1前言一般复合材料中分散相是均匀分布的,材料的整体性能是同一的,但在有些情况下,人们常常希望同一件材料的两侧具有不同的性质或功能,又希望不同性能的两侧结合完美,从而不至于在苛刻的使用条件下因性能不匹配而发生破坏[1]。梯度功能材料(Functionally Gradient Materials,简称FGM就是这样一种材料,是指通过连续(或准连续地改变两种材料的结构、组成、密度等因素,使其内部界面减少乃至消失,从而得到能相应于组成与结构的变化而性能渐变的新型非均质复合材料[2-3]。目前,梯度功能材料的主要制备方法有粉末冶金法、等离子喷涂法、激光熔覆法、气相沉积法、自蔓延高温燃烧合成法等[4]。在航空航天工程、机械工程、电磁工程、生物工程、核能及电气工程等领域都有广泛的应用。本文综述了梯度功能材料的不同制备方法及各自特点、应用及研究现状,并对其发展前景进行了讨论。 2梯度功能材料制备方法 2.1粉末冶金法(PM PM法是将10μm~100μm粒径的粉末(金属、陶瓷充分混合,按组分梯度分层填充或连续成分控制填充,压实后烧结制备FGM[5]。PM法具有设备简单、易于操作、成本低等优点,但需要对烧结温度、保温时间和冷却速度等工艺进行严格控制。2.2等离子喷涂法等离子喷涂法是将原料粉末送至等离子射流中,以熔融状态状态直接喷射到基材上形成涂层[4]。该方法使用粉末作喷涂材料,以气体作载体将粉末吹入等离子射流中,依靠等离子弧将粉末熔化,熔融的粒子被进一步加速,然后以极高的速度打在经过净化和粗化处理的基材表面,产生强烈的塑性变形,相互挤嵌、填塞,形成扁平的层状结构涂层。

功能梯度材料

用于新一代航天飞机的热防护系统,即在与高温气体接触侧采用陶瓷耐高温材料,在液氢冷却侧采用金属材料保证其力学强度和热传导性，继日本之后,美国、德国、俄罗斯、瑞士等国家也纷纷关注并开始了这一新兴的研究领域。梯度材料成形方法及性能优势梯度材料复合成型分析（参考）

Ti64和NiCr梯度材料能谱分析照片 (源于DOI：10.1016/j.addma.2014.10.002) SS304L和In625梯度材料成型组织金相分析照片

（源于DOI：10.1016/j.actamat.2016.02.019)激光3D打印技术的一个重要发展方向就是制备功能梯度材料,激光3D打印制备梯度材料适应面较广，既可以制备 FGM 涂层也可以制备 FGM 体材，而且其生产周期短、加工速度快、设计灵活、材料利用率高，其成形件尺寸精度高、组织致密、晶粒细化、具有优良的使用性能。利用LDM4030同轴送粉系统，通过调整粉末的输送量和输送比例使两种或两种以上材料含量实现层与层之间连续变化，成分设计更加灵活，过渡更加均匀，能制备出成分比例连续变化的梯度功能材料。 LDM4030助力梯度材料开发新款LDM4030同轴送粉设备，是基于高校和科研院所等研究型单位的需求特点，针对新材料开发过程中材料种类繁多、材料间切换频繁等问题，在保证基本功能前提下，对设备进行了进一步的优化升级。

LDM4030同轴送粉3D打印机外观 LDM4030同轴送粉3D打印机设备参数

双筒双控式（左）和三桶三控式（右）

可实现加工设备（激光器）控制主机的集成控制；送粉器连续稳定，送粉量和载粉气流量精确可控；多个料仓可单独送粉，也可同时送粉；有机玻璃可视粉桶；触摸屏和PLC控制，性能稳定、安全可靠。双桶、三桶送粉器参数利用LDM4030实验平台，开展了对In718(镍基合金) + Fe313（铁基）、In718(镍基合金）和316L（不锈钢）等梯度材料的成形工艺及组织进行了相关的研究分析，在梯度材料研究方面做了一定的技术探索。

材料力学课题研究报告长安大学

运用力学模型探究宿舍高低床的极限荷载

宿舍是大学生在校重要的学习生活的阵地，良好的睡眠和充沛的精力是学习生活的必要前提。而宿舍床铺作为提供大学生近三分之一时间的重要的休憩场所，其安全性不容忽视，目前高校仍存在一些服役多年的高低床，其安全性备受质疑。研究拟通过分析长安大学现有的高低床，进行合理假设，建立力学模型，利用截面法分析主要受力构件，结合几何、物理、静力学三方面关系计算极限荷载，并依此为床铺的合理使用提出有益的建议。研究综合比较简支梁和两端固定梁两种力学模型，通过查阅相应资料，结合对应参数，进行理论推导，得出下列结论：刚度是对极限荷载的主要控制因素，强度和稳定性只是其次要的控制因素；高低床的薄弱环节主要为床框横档，而床框横档的极限荷载为181.133kg；两端固定梁力学模型较简支梁更具有现实参考意义。【关键词】床框横档简支梁模型两端固定梁模型极限荷载

摘要....................................................................................................................................................I 1引言. (1) 2基本参数 (2) 2.1高低床的基本参数 (2) 2.2高低床构件的基本参数 (2) 2.3其他基本参数 (2) 3基本假设 (3) 4符号约定 (4) 5理论分析 (5) 5.1床框横档 (5) 5.2模型一（简支梁模型） (5) 5.2.1床框横档的强度校核 (6) 5.2.2床框横档的刚度校核 (8) 5.3模型二（两端固定梁模型） (9) 5.3.1床框横档的强度校核 (9) 5.3.2床框横档的刚度校核 (10) 5.4床腿立管的稳定性校核 (11) 6结果讨论 (13) 6.1结果分析 (13) 6.2模型评价 (13) 6.3模型改进 (13) 6.4其他思考 (14) 7参考文献 (15)

功能梯度材料的制备及发展趋势综述

功能梯度材料的制备及发展趋势 [摘要]功能梯度材料是一种新型材料,由于其结构和性能的优异特性,已成为材料领域研究的热点。对国内外功能梯度材料的研究进展进行了综述,重点阐述了功能梯度材料的制备、应用及其发展趋势。 [关键词]功能梯度材料; 热喷涂; 应用; 发展趋势 0 前言功能梯度材料( functional gradient material, FGM) ,即材料的组分和结构从材料的某一方位(一维二维、三维)向另一方位连续地变化,使材料的性能和功能也呈现梯度变化的一种新型材料[ 1～4 ] 。航天技术的发展对材料的性能提出了新的要求,如航天飞机发动机燃烧室器壁,一侧承受2 000 ℃以上的高温,另一侧承受低温液氢冷却,传统的单相材料已经无法满足要求[ 5 ] ,若采用多种复合材料,由于各相的热膨胀系数的差异,会在材料内部产生较大的热应力,致使涂层在较小冲击力下即可剥落,为满足这种适应较大温差下工作的新材料, 20世纪80年代后期,日本学者新野正之等首先提出功能梯度材料的概念[ 6 ] ,很快引起多个国家宇航领域科技工作者的极大关注[ 7 ] ,功能梯度材料的研究在各国迅速展开,二十多年来,国内外在功能梯度材料的组织结构、性能、制备工艺、设备以及材料的应用等方面都取得了令人瞩目的成果,本文从功能梯度材料的制备、应用方面综述了FGM的研究状况,并展望其前景。 1 功能梯度材料的制备方法目前已经提出多种制备方法,但总体来看分为两大类:间断梯度层和连续梯度层,前者是指各层间总存在成分间断,后者是利用自然迁移现象来实现成分的连续过渡。 1. 1 气相沉积气相沉积法分为化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)以及物理化学气相沉积法(PCVD) [ 8, 9 ] 。 CVD法制备FGM是通过赋予原料气体不同的能量,在反应器中进行混合,使其产生化学反应而生成固相的膜沉积在基体上,通过选择合成温度、调节原料气流量

材料力学2阶段性作业1

材料力学(2)(专升本)阶段性作业1 总分：100分得分：0分一、单选题 1. 三种应力状态如图所示，则三者之间的关系为。 (5分) (A) 完全等价 (B) 完全不等价 (C) b和c等价 (D) a和c等价。参考答案：D 2. 两单元体应力状态如图所示，设σ和τ数值相等，按第四强度理论比较两者的危险程度，则。 (5分) (A) a较b危险 (B) b较a危险

(C) 两者危险程度相同 (D) 无法比较参考答案：C 3. 塑性材料构件中有四个点处的应力状态分别如图a、b、c、d所示，其中最容易屈服的点是。 (5分) (A) 图a； (B) 图b； (C) 图c； (D) 图d。参考答案：D 4. 在纯剪切应力状态中，任意两相互垂直截面上的正应力，必定是。(5分) (A) 均为正值 (B) 一为正值；一为负值 (C) 均为负值 (D) 一为正值一为负值或两者均为零

5. 四种应力状态分别如图所示，按第三强度理论，其相当应力最大的是；最小的是。（图中应力单位MPa） (5分) (A) 图a； (B) 图b； (C) 图c； (D) 图d。参考答案：A 6. 材料许用应力，式中为极限应力，对塑性材料应选_____。(5分) (A) 比例极限 (B) 弹性极限 (C) 屈服极限 (D) 强度极限

7. 低碳钢轴向拉伸试验，试件材料的应力——应变曲线可分为五个阶段，即：线弹性阶段，非线性弹性阶段，屈服流动阶段，强化阶段和颈缩阶段。工程强度设计通常取_____应力值作为极限应力值。(5分) (A) 非线性弹性阶段最大 (B) 屈服流动阶段最大 (C) 屈服流动阶段最小 (D) 强化阶段最大参考答案：C 8. 提高梁的弯曲强度的措施有_____。(5分) (A) 采用合理截面； (B) 合理安排梁的受力情况； (C) 采用变截面梁或等强度梁； (D) ABC；参考答案：D 9. 表明受力物体内一点应力状态可用一个微元体（单元体）。对于一个微元体，下列结论中错误的是_____(5分) (A) 正应力最大的微截面上剪应力必定为零； (B) 剪应力最大的微截面上正应力一般不等于零；