张靖华[1]2004年在《功能梯度材料梁、壳结构的静态力学响应》文中指出本文研究了功能梯度Timoshenko梁和扁薄锥壳结构在变温场作用下的几何非线性静态响应问题。主要内容包括以下几个方面：1． 介绍了功能梯度材料(FGMs)的性质、特点及其在现代科技和工程中的应用。在查阅大量文献的基础上，总结了近几年国内外研究人员对这种材料结构力学行为的研究成果，特别是对FGM梁、板(壳)结构在机械和热载荷作用下的宏观力学响应研究现状和最新进展进行了详细说明。2． 基于轴线可伸长和横向可剪切的几何非线性理论，采用打靶法研究了功能梯度材料Timoshenko梁在横向非均匀升温下的静态热屈曲和热过屈曲响应。在精确考虑轴线伸长和一阶横向剪切变形的基础上，建立了功能梯度材料Timoshenko梁在热-机载荷同时作用下的大变形控制方程。其中，功能梯度材料梁的材料性质采用了沿厚度方向按照幂函数形式连续变化的形式。采用打靶法数值求解所得强非线性边值问题，获得了横向非均匀升温载荷作用下两边固支Timoshenko梁的静态非线性屈曲和过屈曲数值解。绘出了梁的挠度随温度载荷及材料梯度参数变化的特性曲线，分析和讨论了温度载荷及材料的梯度性质参数对梁变形的影响。研究结果表明，由于材料在横向的非均匀性，变形过程中存在拉-弯耦合效应。3． 研究了陶瓷／金属FGM扁薄锥壳在横向非均匀温度场中的几何非线性大变形问题。在假设材料的物性参数只沿厚度按幂函数均匀变化的前提下，基于Kirchhoff直法线假设和von Karman几何非线性理论推导出了以中面位移为基本未知量的功能梯度材料扁薄锥壳在横向非均匀热载荷作用下的轴对称大挠度控制方程。采用打靶法数值求解所得非线性常微分方程边值问题，得到了扁锥壳在静态温度载荷作用下大挠度弯曲变形数值解。给出了壳体变形随壳体的形状参数、载荷和材料参数变化的特征关系曲线，重点分析和讨论了温度参数和材料梯度参数对变形的影响。
张鹏[2]2012年在《纤维增强功能梯度材料梁静态力学行为分析》文中提出功能梯度材料(Functionally graded material,简称FGM)是一种特殊的非均匀复合材料。它是通过特定的材料制备工艺将不同性能的两种或两种以上材料按一定的设计规律组合起来,使材料组分按梯度连续变化,从而达到消除材料的物理性能的不连续性以使内部界面消失的作用。通过在基体中连续添加纤维增强材料,并使纤维含量的分布在横向非均匀变化,可以获得满足特殊承载需求的纤维增强功能梯度材料梁。本文主要分析了纤维增强功能梯度材料梁的静态弯曲力学行为,并讨论了体外筋约束梁在横向载荷作用下的弯曲响应。研究工作包括以下3个方面：1)、基于Euler-Bernoulli梁理论,研究了纤维增强功能梯度材料梁的静态弯曲,采用分段离散的方法给出了纤维增强功能梯度材料梁与均匀梁静态弯曲解之间的相似转换关系,分别在两边简支(s-S),两端可移夹紧(c-c),一端固定、一端自由(c-F)边界条件下给出了钛基碳化硅纤维(Ti/SiC)增强功能梯度材料梁的静力弯曲解析解。2)、基于Euler-Bernoulli梁理论本文研究了体外约束梁在横向力作用下的静力弯曲响应。在体外筋和梁的应力都不超过比例极限的假设下,分别考虑了在体外筋施加和不施加预应力两种条件下,推导出了给定横向载荷作用下体外筋的轴力和梁横截面内的应力以及挠度曲线的计算公式,并分析了体外筋的抗拉刚度、位置参数和预应力对梁的应力和变形的影响。结果表明,通过偏心体外约束筋的布置并施加预应力,可以有效地降低梁的最大拉应力,研究结果可为脆性材料梁的设计提供参考。3)、在上述研究的基础上,进一步分析了具有体外约束纤维增强功能梯度Timoshenko梁的静力弯曲问题。首先分析了均匀Euler-Bernoulli梁和均匀Timoshenko梁之间在体外约束情况下静态解的相互转换。然后在均匀Timoshenko梁和纤维增强非均匀Timoshenko梁静态解相互转换的基础上,由均匀Euler-Bernoulli梁的转角和挠度方程求解纤维增强非均匀Timoshenko梁在体外约束情况的挠度和转角方程。这样,就可以将纤维增强功能梯度Timoshenko梁在体外约束下的静力弯曲问题转化为同样载荷和边界条件下均匀材料Euler-Bernoulli梁的静力弯曲问题。
牛牧华[3]2010年在《功能梯度材料结构的非线性力学行为》文中研究指明功能梯度材料结构沿厚度方向具有非均匀性,并以其在空间位置上呈连续变化的组份体积含量,而使得功能梯度材料性质在空间位置上也呈连续变化,消除了材料性能的突变。因此,功能梯度材料结构可以应用于许多特殊的工作环境和承受复杂载荷。本文研究了热载荷作用下,FGM梁和圆板的弯曲、过屈曲以及在弯曲和过屈曲构形附近的振动等问题。假设功能梯度材料性质沿厚度方向呈梯度变化,其变化规律是一个简单的组份材料含量的幂指数函数形式。利用物理中面概念,基于经典和一阶梁板理论,推导FGM梁和圆板的基本方程。并用打靶法对其进行数值求解。本文主要内容包括以下几个方面：1.简要介绍了功能梯度材料的概念及其发展和研究现状,同时简要介绍本文所用到的数值解法-打靶法。2.FGM梁的静态力学行为。具体分析了材料的梯度性质、材料参数的温度依赖性质、横向剪切变形以及热载荷等对梁弯曲和过屈曲的影响。数值结果表明：热载荷作用下,夹紧FGM梁发生过屈曲变形,而简支梁则发生较为复杂的热弯曲变形；简支FGM梁不存在分支屈曲现象；而且在同一热载荷作用下,简支FGM梁将会产生多个解支。3.FGM梁的动态力学行为。结果表明：简支和夹紧FGM梁的固有频率都随热载荷的增加,先是逐渐降低,而后随之升高。但简支梁固有频率不会趋于零；而在热载荷接近夹紧梁的临界屈曲热载荷时,夹紧梁固有频率趋于零。4.材料参数的温度依赖性以及横向剪切变形对FGM梁动态力学行为有不同程度的影响。当同时考虑这两种因素时,这种影响尤为显着。而且,这种影响的复杂程度随长细比的增加而降低。因此,横向剪切变形与材料的温度依赖性质的共同影响是造成FGM梁载荷-频率关系复杂化的原因。5.FGM圆板的静态力学行为。数值结果表明：热载荷作用下,夹紧FGM圆板发生过屈曲变形,而简支圆板则发生较为复杂的热弯曲变形。
万泽青[4]2016年在《热机载荷作用下功能梯度曲梁和圆柱壳的静态响应》文中研究指明功能梯度梁板壳结构的静动态响应是非均匀固体力学研究的重要内容。本文以功能梯度变曲率曲梁和圆柱壳为研究对象,采用理论分析与数值计算相结合的方法,研究其在热机载荷共同作用下的静态力学响应,内容主要由两部分组成。1.基于弹性曲梁平面问题的精确几何非线性理论和一阶剪切变形理论,在几何方程中精确计入了轴线伸长和横向剪切变形,分别建立了变曲率的功能梯度Euler曲梁和Timoshenko曲梁在机械和热载荷共同作用下的弹性大变形微分控制方程。因考虑曲率可变化,与曲率有关的刚度系数是轴线弧长坐标的函数,所以控制微分方程是变系数的。其中基本未知量均被表示为变形前的轴线弧长坐标的函数,弧长用曲梁轴线参数方程的参变量来表示。采用打靶法数值求解上述多未知量的强非线性常微分方程两点边值问题,定量分析了不同边界条件下功能梯度椭圆弧Euler曲梁的大变形弯曲问题,讨论了材料梯度指数、温度载荷参数、结构几何参数等对曲梁内力和变形的影响。利用同样的几何非线性数学模型,还分别研究了两端固定的椭圆弧Euler曲梁在不同机械载荷作用下的非线性稳定性问题,给出了曲梁的过屈曲平衡路径特性曲线。随后,数值求解了功能梯度摆线和椭圆弧Timoshenko曲梁在均匀升温和横向非均匀升温下的热弹性大变形问题,通过比较Timoshenko曲梁和相应Euler曲梁的解答,分析了横向剪切变形对曲梁内力和变形的影响。2.假设圆柱壳的材料性质和升温场均只沿厚度方向变化,研究了功能梯度圆柱壳在热载荷下的屈曲行为。基于经典的线性薄壳理论,推导了用几何中面位移表示的无量纲热屈曲控制方程。采用分离变量法将控制方程从复杂的偏微分方程组转化为未知函数相互耦合的常微分方程组,考虑边界条件为两端简支和两端固定的情形,利用打靶法求解了所得两点边值问题,获得了临界屈曲温度载荷。讨论了功能梯度圆柱壳在均匀升温和非均匀升温时的临界屈曲温度随着材料梯度指数n、厚径比δ=h/R和长径比λ=l/R、非均匀升温参数fT(壳的外表面和内表面升温之比)等的变化关系。数值结果表明:功能梯度圆柱壳的临界屈曲温度随着材料梯度指数的增加,即陶瓷组分的增加而增加;在均匀和非均匀升温场下,无量纲临界屈曲温度随着厚径比的增大而减小,但对长径比的变化不敏感;升温参数的取值反映了温度场的非均匀程度,升温参数越大,无量纲临界屈曲温度越小;边界约束的增强会引起临界屈曲温度的提高,但随着厚径比的增大,边界约束效应减弱。
李清禄[5]2012年在《功能梯度材料梁和圆板在随动载荷作用下的静动态响应》文中认为功能梯度材料(Functionally graded material,简称FGM)通常是由陶瓷和金属复合而成的一种新型先进的非均匀复合材料,兼顾了各组分材料自身的优点,使得FGM材料在航空航天、机械工程、电子工程、核能工程以及土木工程等领域,都有着十分广阔的应用前景。研究材料结构在保守和非保守载荷作用下的静动态力学行为是固体力学研究的重要内容之一。目前,有关FGM结构的总体研究状况为：静态研究多于动态研究,保守系统研究多于非保守系统研究,尤其是在非保守载荷作用下FGM结构的动态特性方面的研究,由于问题本身的强非线性和材料性质在空间位置上的连续变化,在该领域的研究成果不多。本文针对非保守载荷-随动载荷系统,较为全面地研究,尤其是定量研究了FGM直梁、曲梁以及圆板结构的静态和动态力学响应,得到了一些有意义的结果。本文的研究主要包括以下四大方面：(一)本文首先给出了随动载荷作用下FGM梁静动态响应的基本方程。在小振幅和谐振动假设下,将得到的强非线性偏微分方程组被转化为两组相互耦合的常微分方程组,分别是过屈曲问题的控制方程和过屈曲构形附近的振动控制方程。作为特殊情况,这些方程容易退化到保守载荷下的基本方程。在此基础上,利用打靶法,编制了一系列定量分析程序,进一步利用解析延拓法,获得了FGMEuler梁过屈曲平衡路径和平衡构形。考察了材料的梯度指数、边界条件等对梁过屈曲的影响。结果表明：非保守载荷作用下功能梯度梁的平衡路径与保守载荷作用下梁的平衡路径是不同的。在此基础上,本文进一步展开了对切线随动非保守载荷作用下FGM Timoshenko梁过屈曲行为的研究。基于轴向可伸长和一阶横向剪切变形理论,建立了功能梯度Timoshenko梁在非保守载荷作用下的几何非线性控制方程。数据结果表明：Timoshenko梁的过屈曲行为和Euler梁有明显不同。(二)重点研究FGM梁过屈曲附近的自由振动响应。采用打靶法数值求解过屈曲构形附近的线性振动控制方程。获得随动非保守载荷作用下Euler FGM梁前叁阶固有频率与载荷之间的特征关系曲线。详细分析和讨论载荷和材料梯度性质变化参数对振动特性的影响。数值结果表明：不论是一端可移简支一端固定梁还是简支梁,在屈曲前,各阶频率都随载荷单调下降,其中一阶频率具有明显非线性性。但过屈曲之后,两种边界条件下,FGM梁的频率随载荷呈现出不同变化。可见边界条件对梁的振动响应有重要影响。另外,材料的体积指数份数对梁的固有频率也有影响。指数份数越大,固有频率越小。保守和非保守载荷下,梁的频率-载荷关系也表现出极大的不同。(叁)基于Kirchoff直法线假设,采用可伸长梁的几何非线性理论,建立了FGM弹性曲梁受随动载荷作用下的几何非线性数学模型。精确考虑了轴线伸长和初始曲率对变形的影响,在物理方程中表现出曲梁的轴向变形与弯曲变形之间的相互耦合效应。分别计算了半圆形悬臂FGM曲梁在均匀切线随动载荷和径向随动载荷作用下的弯曲问题。绘出了载荷大范围变化时的平衡路径和平衡构形曲线,分析了梯度指数对曲梁变形的影响。在上述研究基础上,又建立了FGM组合曲梁的静平衡几何非线性大变形控制方程。作为上述模型的特例,分析了fixed-free约束,直梁和四分之一曲梁构成的组合梁的静态大变形静力响应。给出了不同梯度指数下自由端水平和铅垂位移随载荷大范围变化的平衡路径和平衡构形。从计算结果看出：本文建立的基本理论和采用的数值方法可用于分析功能梯度曲梁在任意载荷(保守和非保守)作用下的几何非线性静平衡问题。当梯度指数为零时,就退化为均匀FGM曲梁。当方程中令6=0。=K0=0,则模型又退化为可伸长直梁的静态大变形控制方程,且耦合消失。(四)基于经典非线性板理论,建立了受切向随动分布载荷作用下功能梯度圆板的过屈曲控制方程。假设功能梯度材料性质只沿厚度方向变化,采用打靶法和解析沿拓法获得了相应边值问题的数值解。重点考察了随动载荷、材料的梯度梯度性质参数以及边界条件对板变形的影响。数值结果表明：随动力作用下圆板的临界载荷在周边固支情况下比相应的在周边不可移简支情况下大得多。当梯度指数为零时,两种边界条件下,均匀圆板都会发生通常的分支屈曲。而功能梯度梁则不同,一旦有外部载荷,板就会产生挠度,之后FGM圆板的过屈曲平衡路径介于均匀陶瓷和金属板梁之间。因此,FGM圆板在随动非保守载荷作用下的这种情况类似于通常的屈曲。本文的成果有助于人们进一步认识功能梯度材料结构的静动态响应的特性,同时有助于进一步完善非保守系统的研究成果。
钮鹏[6]2007年在《Timoshenko夹层梁的几何非线性精确数学模型及其数值解》文中认为在精确考虑轴线伸长和一阶横向剪切变形的基础上建立了Timoshenko夹层梁受热-机载荷作用下的几何非线性控制方程。采用打靶法获得了Timoshenko夹层梁的热弹性稳定性问题的数值解，给出了梁在热-机载荷作用下热弹性几何非线性大变形平衡构形和平衡路径。主要内容包括以下几个方面：1．在考虑到夹层梁的剪切变形以及轴线可伸长的基础上，建立Timoshenko夹层梁在复合载荷作用下的弹性大变形控制方程。利用打靶法数值求解了夹层梁在上下表层厚度对称和非对称情况下的强非线性边值问题，获得了相应的数值解。研究结果表明，在材料性质关于梁中面对称时，夹层梁在均匀升温下发生热过屈曲变形，梁的中点无量纲挠度与升温的关系曲线为热过屈曲平衡路径。在横向非均匀升温场内，两端不可移简支夹层梁的平衡路径表现出热弯曲特性，而两端固定夹层梁则仍然为热过屈曲型的。2．研究了均匀升温场下一端为不可移动简支，一端固定的Timoshenko夹层梁在弹性地基约束条件下的热弹性稳定性。在材料性质和面板厚度关于梁截面几何中面对称时，分析了弹性地基刚度参数导致的临界屈曲模态跃迁问题。结果表明，梁在均匀热载荷作用下屈曲模态会在跃迁刚度值处发生变化，梁得固定端弯矩(或曲率)改变了正负号，不同的跃迁刚度值反映了不同模态之间的跃迁特性。获得了连续依赖于地基刚度参数的临界温度载荷曲线。由此发现，随着地基刚度参数的增加，梁的临界屈曲模态的阶数在升高。当考虑只有端部转角弹簧约束情况下，讨论了面层厚度比以及材料性质参数变化时梁的过屈曲变形特性。最后，定量地研究了当转角弹簧和弹性地基共同作用时夹层梁的热弹性变形行为。3．研究了上表面层为功能梯度材料下表面层为均匀材料时，两端固定支承夹层梁在横向非均匀升温场中的热弹性过屈曲问题。假设功能梯度材料的材料性质沿着厚度按照按幂函数形式连续变化。在非均匀升温下各层的温度分布由热传导方程独立求得。通过打靶法数值求解相应的非线性边值问题获得了功能梯度面层夹层梁的热过屈曲响应，考察了材料梯度变化参数、非均匀升温参数等对热过屈曲变形的影响。结果表明，在两端固定边界条件下，在材料分布和升温都是横向非均匀的情况下夹层梁的热过屈曲变形特性仍然是分叉型的。当陶瓷体积含量参数给定时，随着非均匀升温参数值的提高，夹层梁热屈曲临界载荷变小。在平均升温参数值给定的条件下，夹层梁上下表面温度差越大，梁的变形就越显着。
于凯[7]2016年在《热弹耦合功能梯度圆板的热冲击屈曲》文中研究表明圆板被广泛应用于机械工程、土木结构工程、微型机电系统(MEMS)、传感器、航空器件等领域。在某种特定的情况下,这些结构会受到热冲击的作用,为了保证结构的安全使用,需对结构进行稳定性分析,求解获得构件的临界屈曲载荷或者屈曲模态等,进而去控制结构的失效变形。考虑热弹耦合效应,分析圆板在热冲击作用下的稳定性在工程应用中具有十分重要的意义。本论文研究热弹耦合功能梯度圆板在热冲击下的动态热屈曲,主要内容如下:基于经典板理论,考虑材料热弹耦合效应的影响,研究功能梯度材料圆板在热冲击载荷作用下的动态热屈曲特性。分析中基于混合律模型假设功能梯度复合材料的物性参数为沿厚度坐标方向按照幂指数形式连续变化,圆板的下表面受到均匀的热冲击载荷作用,圆板内部的动态温度场基于耦合热传导方程进行求解,并通过小扰动法求得板的临界升温载荷。讨论了材料的梯度参数、结构几何参数和热冲击载荷参数等对临界升温载荷的影响。另外还建立了本问题有限元法求解的基本方程及求解过程。研究结果表明:耦合功能梯度圆板发生屈曲时的临界温度要高于相应非耦合圆板发生屈曲时的临界温度,同时临界温度随着径厚比的增大而逐渐减小。对于本文所考虑的热冲击载荷,不同径厚比的功能梯度材料圆板的临界温度参数都随着体积分数指数的增大而单调减小,且处于陶瓷圆板的临界屈曲温度和金属圆板的临界屈曲温度之间。给定不同载荷参数和结构几何参数时,临界温度随载荷参数的增大而逐渐减小,但是当载荷参数较大时,其对临界温度基本无影响。另外,功能梯度圆板的临界温度随着载荷作用时间增大而逐渐减小,并且当时间较长时其趋于常量。本文的研究成果对热冲击下功能梯度材料结构的热弹耦合分析具有积极意义,同时对功能梯度复合材料的工程应用和优化设计具有一定的参考价值。
毛丽娟[8]2017年在《功能梯度多孔材料结构的非线性力学行为》文中认为本文研究了两种密度梯度分布模式(对称结构Model I和非对称Model II)下,功能梯度多孔材料结构(梁和圆板)的非线性力学行为,并详细讨论了材料的密度梯度性质、边界条件和机械载荷等因素对结构弯曲、屈曲以及过屈曲等力学行为的影响。主要工作有:1)采用解析方法研究了功能梯度多孔材料梁的非线性力学行为。首先分别基于经典梁理论、一阶剪切变形梁理论以及物理中面的概念,利用能量法推导出热载荷或横向和轴向载荷作用下功能梯度多孔材料梁非线性静态响应的控制方程,然后直接求解该方程得到问题闭合形式的解析解。通过所得解析解,具体分析了加紧和简支两种边界条件下,孔隙率、密度分布模式、细长比和外载荷对梁弯曲、屈曲以及过屈曲行为的影响。结果表明:热载荷作用下,两端夹紧和两端简支功能梯度梁的变形行为完全不同;孔隙率以及密度分布模式均对梁的弯曲和过屈曲有显着的影响;细长比的的增加使得横向剪切变形的影响减弱,从而经典梁的无量纲临界屈曲载荷高于剪切变形梁,其挠度则小于剪切变形梁。2)采用打靶方法数值地研究了功能梯度多孔材料圆板的非线性力学行为。基于经典板理论,利用能量法推导出横向和径向均布载荷作用下功能梯度多孔材料圆板非线性静态响应的控制方程,然后通过打靶法数值地求解所得控制方程。具体分析了夹紧和简支两种边界条件下,孔隙率、密度分布模式、外载荷对轴对称圆板弯曲、屈曲行为的影响。结果表明:孔隙率和密度分布模式均对圆板的弯曲和过屈曲有显着的影响;合理的密度分布模式及恰当的孔隙率选取,能有效的提高梁和圆板的力学性能。
王灿[9]2011年在《泡沫夹芯复合材料界面破坏行为及增韧研究》文中研究说明界面是泡沫夹复合材料的一个重要组成部分,它决定着面板和芯体是否能够有效地协同承载。在实践应用中存在大量界面首先发生破坏并危及整体结构的现,结构的整体承载能力往往不是取决于面板和芯体材料的强度,而是取决于界面的强度和韧性。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对泡沫夹芯复合材料界面破坏模式、界面增韧、界面蠕变断裂行为以及界面裂纹曲折扩展路径开展了较为系统的研究。本文的研究工作是973计划课题(2006CB601205)和国家自然科学基金课题(10672027、90816025)中相关子课题研究内容的重要组成部分。本文研究工作主要内容包括：1.设计了泡沫夹芯复合材料梁界面断裂破坏双悬臂梁(DCB)试验方案,采用真空辅助树脂注射技术制备了含初始裂纹损伤的DCB试件,进而考察了准静态加载下具有不同芯体密度和弹性模量的DCB试件的界面断裂破坏模式,得到了界面裂纹沿界面破坏模式和曲折破坏模式的破坏特征。对不同的界面破坏模式进行了力学机理分析,指出面板／芯体弹性模量比是出现不同界面破坏模式的支配因素。2.基于单根短切纤维细观增韧机理分析,将复合材料层合板层间短切纤维增韧技术拓展到了泡沫夹芯复合材料界面增韧中。制备了短切纤维界面增韧的泡沫夹芯复合材料DCB试件,并对增韧和未增韧试件的界面承载能力和界面断裂韧性进行了测试和评价,结果显示增韧试件的界面断裂韧性和界面承载能力都得到了显着提高。此外,通过对具有不同芯体厚度的DCB试件界面断裂韧性测试结果的比较,探讨了界面断裂韧性随着芯体厚度变化的规律及其力学机理。3.基于数字图像相关法设计了一套精密的界面裂纹蠕变位移场测量系统,对恒定载荷作用下泡沫夹芯复合材料DCB试件界面裂纹尖端附近的蠕变位移场进行了测量,并从蠕变位移场中得到了界面裂纹断裂参数的蠕变响应及其特征。最后,比较了不同树脂体系对界面蠕变断裂行为的影响。4.基于可视准则推导了包含裂纹的物质点算法,通过算例验证了该方法在断裂参数计算以及裂纹扩展模拟问题中的有效性和精确性。利用本文提出的包含裂纹的物质点算法,对具有不同芯体密度的泡沫夹芯复合材料梁界面裂纹曲折破坏特征和完整的曲折扩展破坏路径进行了数值模拟,数值模拟得到的界面裂纹曲折破坏角、扩展路径以及扩展形貌与试验结果具有很好的一致性。本文研究方法和研究成果将为泡沫夹芯复合材料界面增韧工艺设计、界面止裂设计以及界面安全评估提供有益的参考。
曹桂华[10]2007年在《全钢丝载重子午线轮胎的有限元分析》文中进行了进一步梳理本文应用AutoCAD绘制出的全钢丝子午线轮胎断面轮廓图和材料分布图，在AutoCAD中划分出轮胎1／2截面网格节点，导入到MSC．Marc中划分网格。橡胶基体的本构模型采用Mooney模型，帘线-橡胶复合材料采用加强筋模型，考虑轮胎与地面的摩擦，通过旋转建立了轮胎的叁维有限元模型。利用所建立的全钢丝载重子午线轮胎模型，对其静态垂直接地性能进行了叁维有限元分析，得到了充气压力和载荷对轮胎的骨架结构性能的影响规律；得到了与地面接触过程中轮胎变形、接地区形状变化、接地应力分布、帘线应力分布等规律。轮胎在稳态滚动工况(启动、加速、自由滚动等工况)的叁维有限元分析，主要是对典型工况下子午线轮胎骨架结构和橡胶结构的受力和变形特征进行了系统的研究。针对目前国内在轮胎使用方面存在的各种问题，主要是超载问题。运用叁维有限元分析方法，对全钢丝载重子午线轮胎胎圈部位进行了力学性能分析，明确了产生破坏的机理。在参考各大轮胎公司产品设计方法的基础上，提出了两种全钢丝载重子午线轮胎胎圈性能改进方案，运用叁维有限元分析方法，对改进方案进行了力学分析。部分改进方案能使得轮胎的胎圈耐久性能得到了很大的提升，能够切实减少市场返回轮胎数量，减少因理赔造成的经济损失，提高公司的经济效益。本课题的分析结果与相关手册和文献的研究结论及实验结果基本吻合，说明建立的全钢丝载重子午线轮胎叁维有限元模型是合理的。
参考文献：
[1]. 功能梯度材料梁、壳结构的静态力学响应[D]. 张靖华. 兰州理工大学. 2004
[2]. 纤维增强功能梯度材料梁静态力学行为分析[D]. 张鹏. 扬州大学. 2012
[3]. 功能梯度材料结构的非线性力学行为[D]. 牛牧华. 兰州理工大学. 2010
[4]. 热机载荷作用下功能梯度曲梁和圆柱壳的静态响应[D]. 万泽青. 扬州大学. 2016
[5]. 功能梯度材料梁和圆板在随动载荷作用下的静动态响应[D]. 李清禄. 兰州理工大学. 2012
[6]. Timoshenko夹层梁的几何非线性精确数学模型及其数值解[D]. 钮鹏. 兰州理工大学. 2007
[7]. 热弹耦合功能梯度圆板的热冲击屈曲[D]. 于凯. 兰州理工大学. 2016
[8]. 功能梯度多孔材料结构的非线性力学行为[D]. 毛丽娟. 兰州理工大学. 2017
[9]. 泡沫夹芯复合材料界面破坏行为及增韧研究[D]. 王灿. 大连理工大学. 2011
[10]. 全钢丝载重子午线轮胎的有限元分析[D]. 曹桂华. 东华大学. 2007
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