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前言3

第1篇　梯度功能材料力学3

1 绪论3

1.1　梯度功能材料力学研究概况3

目录3

1.2　梯度功能力学的研究任务及研究方法5

1.2.1 FGM的一般力学理论5

1.2.2　非均质、各向异性、反对称层合板9

结构热弯曲问题9

康托洛维奇方法10

1.2.3 求解悬臂板弯曲问题的各种形式的10

1.3　FGM宏细观复合结构的概念11

1.3.1 FGM复合结构基本概念11

1.3.2　FGM广义当量反对称结构的新概念12

1.4　FGM复合结构的基础理论研究13

1.4.1　宏观理论13

1.4.2　细观理论14

1.5　FGM结构机理研究15

1.6　FGM结构分析中解法的研究16

1.7　FGM的制备与实验研究18

1.8　研究动态20

1.9　本书内容安排21

参考文献24

2　非均质、各向异性梯度功能材料结构三维热弹性本构理论29

2.1 非均质、各向异性FGM复合结构的29

三维热弹性本构方程29

2.2　FGM弹性系数的细观力学分析34

2.3 三维FGM结构层间力学模型与应力研究38

2.3.1 FGM宏观三维结构的层间应力分析39

2.3.2　FGM结构层间应力细观力学分析42

2.3.3　层间应力场性质问题的讨论43

2.4　FGM单胞的细观性能分析45

参考文献49

3　梯度功能材料层梁受机械／热载作用的优化分析理论51

3.1　FGM层梁的分层剪切理论51

3.2　FGM层梁数值分析与优化54

3.3　FGM悬臂梁的弹性性能与应力分析58

3.3.1　对偶对称FGM层合梁的弹性性能59

3.3.2　FGM悬臂梁的剪切变形理论61

3.4　FGM悬臂粱剪切刚度的半解析计算63

3.5 含椭球夹杂耐热FGM细观优化应力方程66

3.5.1 含热载、非均质、各向异性FGM细观66

热应力分析66

3.5.2　FGM细观应力场分析69

3.5.3　结论73

参考文献73

第2篇　梯度功能结构力学81

4　梯度功能复合结构的广义当量反对称理论81

4.1　FGM复合结构分析81

4.2　FGM广义当量反对称结构新概念的提出与分析82

4.3　FGM结构弯曲弹性特性与本构弹性特性对应关系84

4.3.1　单胞有效弹性系数转换85

4.3.2　FGM宏细观弹性系数转换85

4.3.3　组装FGM三维本构层合结构86

4.3.4　弯曲理论与本构理论弹性系数的对应关系87

4.3.5　弯曲理论坐标中的二维正轴模量90

4.3.6　弯曲理论坐标中的二维偏轴模量90

4.3.7 广义当量反对称结构的弹性特性93

4.3.8　本构方程的半逆形式93

4.4.1 广义当量反对称短板的热弹性本构方程94

4.4　FGM结构广义当量反对称弯曲理论94

4.4.2 FGM广义当量反对称弯曲96

理论中泛函形式的确定96

4.4.3　无因次化广义变分泛函形式98

4.5 等拉伸应变FGM结构的宏观分析100

参考文献105

5　梯度功能结构的广义傅里叶级数解法107

5.1 广义双重傅里叶级数形式的相依容许函数选取108

5.1.1 广义双重傅里叶级数的定义与特性108

5.1.2 广义双重傅里叶级数的选择109

5.2　矩阵形式的总势能变分方程111

5.3　增量形式的无因次总势能广义变分控制方程组115

5.4　固支边边界力的广义边界值解116

5.5　作用于FGM悬臂板复合结构基底的当量温度载荷118

5.5.1 当量截面参数118

5.5.2　当量温度载荷119

5.6 FGM复合结构的弹性支承整体剪切理论120

参考文献126

6　梯度功能结构的康托洛维奇宏细观精化方法128

6.2　二类独立变量广义变分原理132

6.1　康托洛维奇解法的基本原理与特征132

6.3　温度等效载荷133

6.4　两自由边界（含斜边）广义外载荷134

6.5　角点集中力136

6.6 欧拉方程138

6.7　FGM悬臂结构的约束扭转141

6.8　悬臂FGM板结构分析的普通康托洛维奇法144

6.8.1　普通康法基本原理及控制方程145

6.8.3　求特解149

6.8.2　求常系数齐次方程的通解149

6.9　三角形板的限制扭转-弯曲参加效应的基本概念152

6.10　三角形板的康托洛维奇宏细观精化推广新解法153

参考文献163

7　梯度功能复合结构热弹性的实验研究166

7.1　FGM复合结构燃烧合成实验研究166

7.1.1 实验方案166

7.1.2　FGM燃烧合成物的组织机理167

7.1.3　FGM燃烧合成物的性能测试167

7.2.2　测试要求168

7.2.1　实验条件数据168

7.2　模拟实际热力学工况的FGM燃气舵样件风洞实验168

7.3　模拟实际热力学工况的FGM试件电弧加热实验169

7.3.1 实验模型169

7.3.2　实验环境参数的评定170

7.3.3　FGM烧蚀前后外观状态的评定170

7.3.4　实验结果讨论171

7.4 SHS/HP法合成TiC-Ni/Mo/W体系大尺寸173

耐热梯度夹层173

7.4.2　梯度夹层燃烧合成物的组织机理175

7.4.1 基本考虑175

7.4.3　实验结果与讨论179

参考文献180

8　梯度功能复合结构热弹性特性分析181

8.1　第一类子结构——悬臂短板特性分析181

8.2　第二类子结构——金属基底三角形板热特性分析205

8.3　复合整体结构热特性分析212

参考文献218

9　梯度功能结构力学专题研究221

9.1 多墙式FGM结构的非线性稳定性分析221

9.1.1 理论分析222

9.1.2　数值计算227

9.2 含湿热问题的FGM夹层板面芯分层屈曲229

9.1.3　结论229

9.2.1　分析模型230

9.2.2　湿热问题的考虑233

9.2.3　瑞利-里兹分析235

9.2.4　数值计算和结果分析237

9.3.1 PCM内燃机缸体概况238

9.3.2　PCM缸体的数学物理模型238

9.3　PCM发动机缸体的弹性半解析研究238

9.3.3　PCM缸体分层本构研究240

9.3.4　典型算例数值分析244

9.3.5　PCM缸体试验与理论对比分析245

9.3.6　结论246

9.4　FGM结构在绿色内燃机上的应用研究246

9.4.1 绿色内燃机FGM的制备247

9.4.2 FGM的设计249

9.4.3　典型算例数值分析249

9.4.4　FGM结构表面粗糙度对性能的影响252

9.4.6　结论253

9.4.5 发动机转速对FGM磨合的影响253

9.5　FGM单一遮热基本模型254

参考文献256

10　梯度功能力学研究的结论与展望259

10.1　本书的工作评述259

10.2　第一类子结构——热特性问题结论259

10.3　第二类子结构——热特性问题结论261

10.4　整体复合结构的热特性问题结论263

10.5　本书的创造性成果条目264

10.6　对FGM力学研究的展望266

参考文献268

附录A　梯度因子系数274

附录B　梯度单层位移277

附录C　梯度模型系数279

附录D　欧拉方程通解280

附录E　余能原理系数281

附录F　剪切余能密度284

附录G　程序原理结构思路框图286

附录H　源程序287

外国专家人名译名对照表323

索引325