一、梯度功能材料的热应力分析及热性能评价（论文文献综述）
柘美[1]（2017）在《功能梯度材料在ABAQUS子程序中的实现》文中提出功能梯度材料是一种将多种材料按一定规律结合在一起的新材料。功能梯度材料的结构和物理力学性能按一定规律变化,进而达到了综合各组分材料的优点的目的,是一种非常有前景的新型材料。其力学问题是材料领域和力学领域研究的热点,虽然已经有许多学者采用不同的模型对功能梯度材料的成分分布、物性参数以及力学性质进行了大量的理论与试验研究,但严格把握功能梯度材料性质变化的本质,建立形式简单、适用广泛的模型,并在有限元软件中建立材料库,将所建模型应用到具体工程中的研究还比较少,导致在利用有限元软件模拟分析时,仍需要借助于分层法,致使建模工作量巨大且难以分析结构形式复杂的构件,严重制约了功能梯度材料的推广与应用。基于对功能梯度材料物理—力学性质在空间中变化本质的认识,本文通过合理地描述材料成分在空间中的分布情况,确立材料成分与物性参数之间的关联。将所建立的本构模型在ABAQUS中进行二次开发,初步建立功能梯度材料的材料库,并验证模型的可靠性,为今后在实际工程中的应用奠定基础。为此,本文的主要研究内容如下:（1）总结功能梯度材料力学研究进展,选取简单合理的材料成分分布函数。针对均布荷载作用下和热力耦合作用下的功能梯度材料力学问题,在Mori-Tanaka法的基础上,探索出一套理论严密、形式简单的力学模型;（2）针对均布荷载作用下功能梯度材料的力学问题,以厚壁管为例,建立组分分布函数与Mori-Tanaka法力学模型,利用FORTRAN语言编写UMAT子程序,并与Mori-Tanaka法、Reuss法、Voigt法的解析解以及有限元分层建模法的数值解进行对比,验证所建立模型及相应子程序的正确性、稳定性;（3）针对热力耦合作用下功能梯度材料的力学问题,以厚壁管为例,在Mori-Tanaka法力学模型的基础上建立热力耦合模型。利用FORTRAN语言编写UMATHT子程序,并与Mori-Tanaka法近似解析解以及有限元分层建模法的数值解进行对比,验证所建立模型及相应子程序的正确性、稳定性。
孙喜阁[2]（2017）在《功能梯度材料的制备及接触模拟分析》文中研究说明功能梯度材料具有随空间位置呈梯度变化的材料属性,它能够减小由于材料失配所导致的应力集中,提高粘接强度,改善表面性能能够在恶劣的热、化学环境中提供保护层。功能梯度材料所具有的独特性质以及潜在的研究前景,使得其成为研究领域的热门学科。由于功能梯度材料用作涂层能够提高接触表面抵抗接触变形能力,可抑制接触损伤和破坏,因而,功能梯度材料的接触力学成为了一个重要的研究课题。本文用热压烧结法制备了铝基氧化铝的梯度材料,并对其微观结构、密度,压缩强度、硬度及压痕等性能进行测试及分析。利用ABAQUS有限元模拟接触力学行为,对均匀材料进行了二维无摩擦及滑动接触模拟分析,将接触应力的数值解与解析解进行对比,分析了层厚及摩擦力对接触应力的影响。对梯度涂层（A1/A1203）半平面进行了二维无摩擦接触模拟,将数值解与理论结果进行了对比,分析了梯度涂层弹性模量比E0/Eh、不同函数形式、梯度指数n对接触应力以及圆压头作用下的力～压痕、力与接触区宽度曲线的影响。研究结果表明:（1）热压烧结法能够制备出密度小,轻质、结构较致密、完整的梯度材料,所制备的梯度材料不仅具有较高的压缩强度,同时也表现出了很好的延展性。（2）通过对韦氏硬度及压痕的测试表明:在同样的法相荷载作用下,梯度材料硬度强于均匀材料;随着氧化铝含量的增加可以提高A1/A1203材料的硬度,同时在梯度材料中仍然能够保持这种性能。（3）对均匀材料无摩擦接触进行数值模拟,法向荷载一定时,随着均匀层厚度的减小,接触压力与解析解的差距越大。（4）对于均匀材料,摩擦系数的改变对法向接触应力分布影响很小,但对平面内张拉应力分布影响很大,前端的最大张拉应力随着摩擦系数的增大而增大。（5）在对梯度涂层半平面无摩擦模拟时,梯度层分为10层就能保证足够的精度。在指数模型下,数值解与理论值的对比吻合较好,该模型可以用来分析功能梯度材料参数按照任意函数形式连续变化的无摩擦接触问题。（6）通过调整涂层材料参数的梯度可以改变表面接触应力的分布。特别地,减小涂层表面的杨氏模量能够减小接触区两端的平面内张拉应力的最大值。这表明可以通过调整涂层梯度来抑制表面开裂,抵抗在滑动和微动条件下所导致的接触损伤。（7）力～压痕关系受涂层弹性模量梯度变化的影响,这表明可以通过压痕试验测出涂层的材料参数梯度。
刘正权[3]（2016）在《光伏玻璃结构安全及热性能评价与表征》文中提出实际工程应用中光伏玻璃出现的自爆、脱胶分层等失效问题影响了光伏组件的安全性和使用寿命,再加之光伏组件薄型化、轻量化的发展趋势和光伏建筑一体化（BIPV）的节能要求,急需建立光伏玻璃的结构安全与节能性能评价技术,为光伏玻璃的结构设计、节能设计、安全评价和服役检测提供有效技术手段。本论文针对光伏玻璃的结构安全和节能性能评价需求,开展了典型光伏玻璃关键力学性能和传热性能理论研究,开发了多种评价技术和测试设备,建立了一系列光伏玻璃关键力学性能和热性能评价与表征新方法。具体研究内容和结论为:（1）建立了钢化玻璃内应力的函数表达式,推导出拉、压应力层的厚度关系和最大拉应力与表面应力的关系。建立了钢化玻璃自爆准则,得出钢化玻璃的自爆是由于杂质颗粒与玻璃之间的界面产生压力或微裂纹扩展导致的局部应力集中引起的,钢化应力越大越容易自爆,玻璃自爆概率与杂质颗粒半径尺寸的三次方成比例,且杂质距玻璃中性层越近越容易自爆,温度变化（或玻璃受热不均匀）越大越容易自爆,并通过应变能理论建立了碎片数量与表面应力之间的函数关系。基于光弹原理,研发了钢化玻璃自爆缺陷测试装置,并对不同玻璃缺陷进行了实验验证和工程应用,可对光伏钢化玻璃自爆风险进行快速检测和识别。（2）基于“均强度准则”理论,研究了玻璃弯曲强度的应力梯度效应,从理论上解释了薄型玻璃弯曲强度的厚度效应,提出了一种通过小挠度低应力梯度弯曲模型下超薄玻璃弯曲强度测试新方法——“等效涂层法”,可有效降低超薄玻璃试样中的应力梯度对测试结果的影响,实现超薄玻璃弯曲强度的准确测试。并利用悬臂梁瞬态激振法研究了长厚比（LTR）对于超薄玻璃弹性模量测试结果的影响,得到当试样长厚比不小于10时,测试结果不受其影响。（3）针对光伏夹层玻璃界面粘接强度的测试难题,提出了一种测试光伏夹层玻璃界面强度的新方法——“双十字交叉法”,解决了传统方法难以测试脆性材料界面粘结强度的难题,并对采用EVA和PVB胶片的光伏夹层玻璃界面拉伸粘接强度和剪切强度进行了湿热老化和自然暴晒老化实验研究,结果表明EVA受湿热老化和大气环境的作用相比于PVB更为敏感,随着老化周期的增加,其性能衰减要明显快于PVB胶片。（4）发展了3种求解含不确定参数结构温度场响应的改进数值计算方法在光伏夹层玻璃传热问题中的应用:高阶参数摄动法、子区间法和区间配点法。高阶摄动理论通过保留纽曼级数的部分高阶项,可有效提高区间矩阵的计算精度,进一步提高区间温度场的预测精度;子区间参数摄动法是通过将“大区间”分解为多个“小区间”,从而将区间摄动分析方法扩展到求解不确定度较大的传热问题中。区间配点分析方法从整个区域出发利用高阶多项式对响应函数进行逼近,得到最终温度响应的上下界,计算精更高。建立了区间可靠性优化设计模型并提出了高效的优化算法。这为光伏夹层玻璃结构温度分布区间预测和优化设计提供了一种数值计算手段。（5）通过对光伏夹层玻璃的传热机理的分析研究,建立了典型光伏玻璃组件的太阳得热模型,推导了典型光伏夹层玻璃的传热公式,提出了一种可表征光伏玻璃太阳得热与发电效率平衡关系的指标,即光伏玻璃的“热电比”。基于稳态传热的原理,研发了光伏玻璃太阳得热测试系统,可对透过光伏玻璃的太阳辐射得热进行计量以评价其综合节能性能,并对三种典型光伏玻璃的太阳得热性能进行实验研究,得到光伏玻璃太阳得热受安装角度、组件类型、太阳能电池面积等因素的影响。其中,对于同类型光伏玻璃组件,其太阳得热受太阳能电池面积比的影响较大,增加太阳能电池面积可有效降低透过的太阳得热。
陈丽婷[4]（2016）在《ZrO2/316L不锈钢梯度功能材料的制备及性能分析》文中进行了进一步梳理本研究采用316L不锈钢粉末及3%mol氧化钇部分稳定氧化锆粉末为材料。首先采用有限元分析法,对ZrO2/316L不锈钢梯度功能材料进行设计,分别对实际工作环境中的纯316L、层状复合材料、两层梯度材料、三层梯度材料、四层梯度材料进行了热应力和拉应力的模拟分析。之后采用粉末注射成形法成功的制备了Z rO2/316L不锈钢两层功能梯度材料,两层成分分别为90%316L/10%ZrO2和80%316L/20%ZrO2。确定了梯度材料制备过程中的喂料、注射成型、脱脂、烧结等工艺的最佳工艺参数。并对制得的梯度功能材料微观组织和结构进行了观察与分析,对材料界面过渡区的元素分布、横截面的硬度进行检测和分析。研究结果表明,梯度功能材料内部的温度场是逐渐过渡的,层数越多越能缓和温度的过渡,各层材料间的温度梯度变化也越小,热应力值随梯度层数增多而降低;材料的抗拉伸能力随着FGM梯度层数的增加而变强,FGM的拉应力及热应力都主要集中在界面处,且层数越多,梯度层间最大应力和应力区域越小,材料缓和应力的作用越明显;ZrO2/316L不锈钢梯度功能材料的抗拉能力和热应力缓和能力均比ZrO2/316L不锈钢层状复合材料以及纯316L不锈钢要好。确定了ZrO2/316L不锈钢两层梯度功能材料合理的制备工艺为:喂料的粉末装载体积分数为56%;注射温度、压力、保压时间分别为150℃、80MPa、3s;在水浴锅内进行溶剂脱脂,脱脂溶剂采用正庚烷,脱脂温度为45℃,脱脂时间为4h,此时石蜡脱除率可达90%,具备进行热脱脂的的孔隙条件;热脱脂室温至420℃温度区间的平均升温速率约为2℃/min,420℃650℃升温速率平均约为3℃/min,同时在250℃、420℃、550℃、650℃分别进行保温30min、60min、60min、60min;烧结时室温至900℃低温烧结阶段,升温速率为5℃/min左右,并在900℃保温1h,进行预烧结,900℃1100℃中温烧结阶段升温速率为2.5℃/min左右,在烧结的高温阶段1100℃1320℃之间升温速率约为2℃/min,最后在1320℃进行保温一小时。经检测所制备的ZrO2/316L不锈钢两层功能梯度材料的层间过渡区无分层现象,也没有由于结合不良而造成的裂纹,界面附近元素及硬度都呈连续变化,硬度随ZrO2含量的增多而变大。
韩乐[5]（2015）在《偏滤器水冷钨铜模块传热与热应力问题研究》文中认为受控核聚变能是人类梦寐以求的理想能源。托卡马克是目前最有希望成功的磁约束受控核聚变装置,偏滤器是托卡马克装置中用于排灰和输出反应能的核心部件。偏滤器水冷W/Cu模块单侧承受的稳态热流密度高达数MW/m2、瞬态甚至可至百MW/m2。在此情况下,水冷W/Cu模块会因局部温度过高、冷却水膜态沸腾传热恶化以及多材料结构热应力过大等原因被破坏。因此,水冷W/Cu模块换热效率、临界热流、热应力准确的预测方法和设计准则对其有效的工程设计非常关键。以此为背景,本文的研究内容及相关结论如下:首先,针对单侧高热流密度条件下偏滤器水冷W/Cu模块冷却通道内局部的水物性差异问题和汽液转换效率计算精度问题,采用分段线性拟合函数对水物性参数进行了修正,采用文献中Hertz-Knudsen公式修正了Lee方程中的时间松弛因子,建立了基于欧拉均相流动模型的偏滤器水冷W/Cu模块过冷流动沸腾换热修正计算方法。以偏滤器水冷W/Cu模块为研究对象,对流动和几何参数变化下过冷流动沸腾换热特性进行了数值研究。结果表明:单侧高热流密度的热环境使得水冷模块冷却通道内存在换热阶段不同的区域,上部过冷沸腾换热,下部单相对流换热,这是偏滤器水冷W/Cu模块过冷流动沸腾换热区别于其他换热设备的主要特点。冷却通道内不同区域的换热阶段随着流动参数的变化而发生转化。流速的降低使得冷却壁面整体换热变差;过冷度较低时冷却壁面顶部传热受阻,但同时增强了冷却壁面中部核态沸腾以及底部单相换热的换热强度;单相压降和两相压降随流动参数的变化规律相反,两者变化量的相对大小决定了总压降的变化规律;总压降随流速或过冷度的增加而增加,随热流密度的增加而先减小后增大;宽度的增加会提高水冷模块的温度水平并增强冷却通道内沸腾换热强度;钨层最小厚度的增加会提高加热表面温度水平,并使得热流更加集中于冷却壁面的顶部附近。其次,数值预测了偏滤器水冷W/Cu模块的临界热流,对影响水冷W/Cu模块临界热流的因素和规律进行了分析。结果表明:临界热流发生时,冷却通道后端顶部形成的汽膜层阻碍了冷却壁面与液相之间的对流换热,汽膜层内的汽相由顶部内两侧壁面附近形成的汽泡进行补充。流速和过冷度的增加、水冷模块宽度和钨层最小厚度的降低均会增加临界热流发生时加热表面热流密度（ICHF）。峰值系数是表征偏滤器水冷W/Cu模块热负荷移除能力利用程度的重要参数,本文假定冷却壁面对流换热系数是壁温的函数,对固体区域的导热进行数值计算,进而获得峰值系数。研究了几何和流动参数对峰值系数的影响及规律。结果表明,模块宽度、钨层最小厚度、雷诺数和雅各布数的增加均会使得峰值系数增加,拟合出了适用于光滑冷却通道的偏滤器水冷W/Cu模块峰值系数预测的经验关系式。然后,对偏滤器水冷模块过冷流动沸腾换热特性进行了实验研究和数值分析,研究了加热表面热流密度、流速等参数对水冷模块温度分布、冷却壁面平均对流换热系数的影响,根据实验结果判断了临界热流。结果表明:核态沸腾阶段对换热的强化作用使得固体域沿流向的温升变缓。随着热流密度的增加,单相换热阶段平均对流换热系数变化较小,而在核态沸腾阶段则显着上升。平均对流换热系数随流速的增加而增加。流速1m/s条件下实验得到的ICHF为130kW/m2。最后,基于热弹塑性理论并采用经典幂函数描述梯度层内材料分布规律,建立了热等静压技术制备的偏滤器水冷模块W/Cu功能梯度材料热应力计算模型,分析了传统等值热边界条件对工作热应力计算结果的影响,结果表明:与不等值热边界条件得到的结果相比,传统等值热边界条件下得到的最大等效应力数值偏小9.1%15.2%。在此基础上,研究了成分分布指数p、梯度层厚度Δ等梯度层参数以及焊接温度、焊接压力等工艺参数对偏滤器水冷模块W/Cu功能梯度材料残余热应力、工作热应力的影响及规律。结果表明:在梯度层参数方面,0.1≤p≤0.2、Δ≥1mm的梯度层具有较好的热应力缓和效果,与p趋于无穷而梯度层退化为CuCrZr材料的情况相比,最大等效残余应力和最大等效工作应力的降幅分别超过53.8%和43.8%;在工艺参数方面,随着焊接温度的增加,残余热应力增加而工作热应力降低,随着焊接压力的增加,残余热应力降低而工作热应力增加,在实际工程设计中焊接温度和焊接压力应综合选取。
陈鹏威[6]（2015）在《激光直接金属沉积石墨—铜功能梯度复合材料应力场数值模拟》文中指出石墨-铜功能梯度复合材料具有优异的导热、导电和自润滑性能，在轨道交通、电力传输等领域具有广阔的应用前景。本文采用ANSYS软件对激光直接金属沉积石墨-铜功能梯度复合材料过程的温度场和应力场进行了研究。借助于APDL语言的二次开发以及生死单元技术对多层单道的激光直接金属沉积过程进行了仿真计算，并且采用间接耦合的方式对温度场进行了热应力耦合，建立了激光沉积均质复合材料和功能梯度复合材料的应力场；获得了激光功率、扫描速率和扫描方式等工艺参数与梯度分布指数、层数和层厚等结构参数对石墨铜功能梯度复合材料开裂的作用机制，得出以下结论：（1）均质复合材料的等效残余应力比功能梯度复合材料大，且大应力遍布于整个材料；梯度复合材料的等效残余应力由底层到顶层依次变小，即梯度结构对残余应力起到了缓和作用。（2）激光功率在3600W-4200W范围内，随着功率的递增，残余应力平均值先增大后减小，并且功率4200W时平均残余应力最小；扫描速率在200mm/min-400mm/min范围内，平行于X轴路径的X向残余应力平均值先增小后增大，扫描速率为300mm/min时平均残余应力最小；结合层与层之间的粘结强度分析，功率的最佳范围为4000W-4200W,扫描速率最佳范围为300mm/min-400mm/min。（3）往复式扫描比单向式扫描的各向残余应力更小，且残余应力分布均匀。（4）梯度分布指数0.25-4范围内，P=1时材料残余应力整体较小；在层厚0.4mm-0.8mm以及层数6-10层范围内，得知随着层厚的加厚以及层数的增多，制件沿各个路径的残余应力都逐渐递增；综合分析得出梯度分布指数P=1、层厚0.6mm、8层为最优结构参数。（5）功能梯度复合材料中平行于X轴路径的X向残余应力的极大值出现在左侧3mm处或右侧31mm处，这两处区域的应力值较大,是产生沿Y向裂纹的高发区；平行于Y轴路径的Y向残余应力曲线呈“W”型，即在路径的中间部位以及两端的应力较大；平行于Z轴路径的Z向残余应力由沉积件底部至顶部逐渐减小，即基板与沉积件之间容易开裂。
任鹏飞[7]（2013）在《换热边界下2D-FGM弹性板的热—机载性能》文中进行了进一步梳理本文以由Ti-6Al-4V、Al1100和ZrO2所组成的二维功能梯度板为研究对象，采用更具实用价值的混合规则定义其物参模型，通过引入相对对流换热系数，基于热传导理论，编写有限元法计算程序，对其处于对流换热边界条件下的温度场问题进行了求解；基于线弹性理论，利用程序对其处于热-机载共同作用条件下的应力场问题进行了求解。根据计算结果，分析了组分分布、孔隙率、换热系数等因素对其温度场分布与应力场分布的影响规律。2D-FGM弹性板的温度场计算结果显示：x与y方向上的组分分布系数都对其温度场分布具有一定的影响，随着组分分布系数的增大，梯度板内的温度梯度逐渐减小，温度场分布趋于缓和；孔隙率对其温度场分布的影响规律与组分分布系数相同，而相对换热系数、环境介质温度对其温度场分布的影响规律则与之相反，即随着它们取值的增大，梯度板内的温度梯度逐渐增加，温度场分布的均匀性逐步降低。另外，考虑变物性对梯度板的温度场分布也有影响。2D-FGM弹性板的应力场计算结果显示：x与y方向上的组分分布系数、孔隙率、相对换热系数、环境介质温度对其应力场分布均有影响，并且，其影响规律与对温度场的影响情况大体一致。另外，力学边界条件、机械加载方式与机械加载值大小等因素对梯度板的应力场分布也有显着的影响；前两者决定了板内应力场分布的基本特点，而后者则决定了板内应力值的分布范围。同温度场情况，考虑变物性对梯度板的应力场分布也有影响，而且这种影响效应大于温度场情况。相同工况下一维与二维梯度板应力场分布情况的对比表明：2D-FGM弹性板具有更好的热应力缓和性能。本文的研究成果将为承受热-机载共同作用的2D-FGM结构的制备与优化设计提供有效的理论依据。
宋刘斌[8]（2013）在《锂离子电池的热电化学研究及其电极材料的计算与模拟》文中进行了进一步梳理锂离子电池以其高能量密度、高电压、无记忆效应、低自放电率等优点已广泛应用于笔记本电脑、手机、数码相机等小型便携式电器和航空航天领域,并逐步走向电动汽车领域。然而,锂离子电池特别是电动汽车用锂电池开发面临的安全性问题有待进一步解决。为了解决电池安全问题,有必要对电池的热效应进行分析。本文采用电化学-量热联用技术系统地研究以LiFePO4和LiMn2O4为正极材料的锂离子电池在不同温度和倍率下充放电过程中的热电化学行为,为电池热管理提供了基础数据,为全面评价电池材料的热、电性能提供了一种新的手段。同时,建立了锂离子电池的电-热耦合模型,应用有限元法预测了电池内部的温度分布。构建了锂离子电池体系中电极材料的晶体结构模型,应用第一性原理预测了电池的平均电压及正、负极材料的热力学性质,对于电池结构设计的优化及安全性能的提高具有非常重要的意义。本文运用热电化学方法和计算机模拟技术分别从宏观和微观角度对锂离子电池及其电极材料的结构和性能等若干问题进行了研究,获得了以下三个方面的研究结果：1.采用八通道等温微量量热仪与蓝电电池测试系统联用技术,测量分别以LiFePO4和LiMn2O4为正极材料的锂离子电池的电学特性、热学特性与温度的关系,进一步开展了正极材料的电、热性能评价。LiFePO4研究结果表明：温度和充放电倍率是影响电池比容量和发热量的重要因素,随着充放电倍率和温度的增加,比容量减小而发热量增大。在低倍率（O.1C.0.2C）下,电池极化较小,可逆性较好,电池的循环产热来自于可逆热和不可逆热共同作用。而在高倍率（0.5C、1.0C）下,不可逆热远远大于可逆热而处于主导地位,且随着温度的升高,放热效应更显着。通过热电化学研究,获得了电池充放电过程中的一系列热力学参数（化学反应焓变△rHm、化学反应熵变△rSm、化学反应吉布斯自由能变△rGm）,该热力学参数在低倍率（O.1C和0.2C）下受温度影响较小；而在高倍率（0.5C和1.0C）下,随着温度的升高,△rHm显着增加。在低倍率（0.1C和0.2C）下,与正极材料LiFePO4相比,LiMn2O4的△rSm更小,其可逆性更好,循环性能更优。2.基于热传导理论建立了锂离子电池电-热耦合模型,采用有限元ANSYS模拟了LiFePO4锂离子电池在不同环境温度和充放电倍率下的稳态温度场。同时采用热电偶监测电池内部温度变化,对电池模型进行验证。结果表明：锂离子电池充放电过程中,电池内部的最高温度均出现在负极层与隔膜层之间,即电池内部偏中心位置。在相同充放电倍率条件下,环境温度越高,电池内部最高温度和表面温度之间的温差越大,电池内部温度场分布均匀性越差。在相同环境温度下,充放电倍率越大,电池内部温度场分布的均匀性越差。采用热电偶测量到的电池内部温度值与模型计算结果基本吻合,验证了本电-热耦合模型的可靠性。3.采用第一性原理的超软赝势平面波法,结合广义梯度近似（GGA）的PW91算法,计算了锂离子电池电极材料（LiFePO4. Li）的电子结构、热力学性质及LiFePO4体系的平均电压。结果表明：锂离子电池LiFePO4/Li的平均电压为3.22V,和实验值（3.40V）基本一致。正极材料LiFePO4和负极材料Li的熵S和焓H均随温度升高而增大,而吉布斯自由能G随温度升高而减小,这与热力学规律相符合。本研究获得了锂离子电池正极材料LiFePO4和负极材料Li的微观结构及热力学性质,可为锂离子电池的实际应用提供理论指导。
刘泽锋[9]（2011）在《电场辅助激活功能陶瓷与金属扩散连接的界面结构及力学性能》文中研究表明电场激活压力辅助燃烧合成（Field-Activated and Pressure-Assisted Synthesis, FAPAS）是在多物理场耦合条件下的新材料合成新技术。由于其具有温度高、合成速度快、产品纯度高和高效等特点,现已发展成为一种用于耐高温纳米块体材料合成的关键技术之一。对于FAPAS制备的各种新型材料界面结构和材料性能的研究将有利于促进FAPAS技术的发展和产品设计开发。本研究运用FAPAS技术,分别对Ti/TiAl接头和TiC-TiB2+Ni/TiAl/Ti梯度功能材料（Functionally Gradient Materials, FGMs）进行了扩散连接。采用扫描电子显微镜、元素能谱仪、X射线衍射仪等设备对梯度材料各层的界面形貌,物相组成及界面元素分布进行了测试分析。采用剪切法、冷淬法、压痕法和三点弯曲试验机分析了合成材料的力学性能。采用ANSYS非线性有限元分析软件,分析了连接材料冷却过程中的应力分布,研究了连接材料在冷却过程中的变形形状、界面应力和应变分布的规律。扩散连接材料界面结构分析结果表明,Ti-TiAl连接界面形成了Ti（ss.Al）和（Ti3Al+TiAl）两区组成的界面扩散溶解层,合成的TiC-TiB2+Ni金属基陶瓷反应充分、组织致密,同金属间化合物层连接良好,连接界面的扩散过渡层与两侧的化学元素呈梯度分布。扩散连接材料的连接强度随施加电流的增加而增大,合成的金属陶瓷具有较高的断裂韧性,材料的连接界面具有较强的抗剥离性能和抗剪切强度,金属陶瓷层的断裂韧性平均值为9.696±0.42 MPa·m1/2,界面最大剪切强度85.88MPa,体现出较好的工程应用价值。ANSYS有限元分析结果表明,连接材料冷却过程中由于热膨胀系数的差异产生了残余应力和变形,合成材料在冷却后在厚度方向发生翘曲,最大等效应力和最大剪应力均发生在连接材料的过渡层上,从而使该部位成为扩散连接接头的薄弱部位,Ti-TiAl连接接头的等效应力为9.24MPa, TiC-TiB2+Ni/TiAl/Ti梯度材料最大等效应力为16.9MPa。
李春月[10]（2010）在《SiCp/Cu梯度复合材料的制备及性能研究》文中提出本研究采用粉末冶金法制备了SiCp/Cu梯度复合材料,借助光学显微镜、扫描电镜、XRD、显微硬度计、涡流电导仪等研究了其显微组织、显微硬度及导电性,探讨了其热疲劳性能、氧化性能和磨损性能。研究结果如下:SiCp/Cu梯度复合材料的基体连续,层间界面消失,增强颗粒呈梯度分布;复压烧结工艺使材料的平均致密度与一次烧结后的试样相比提高了7.1%,电导率提高7.8%,压缩变形后,最高致密度达到96.1%;SiCp/Cu复合材料的电导率随着SiC含量的增加而降低,经压缩变形和退火处理后,SiCp/Cu复合材料的电导率有所增加。SiCp/Cu梯度复合材料从基体至表面硬度值逐渐提高,导电性逐渐减小;600℃循环淬水热疲劳实验表明,六层及大于六层的SiCp/Cu梯度复合材料经过80次循环淬水后未出现层间裂纹,表现出良好的抗热疲劳性能。400700℃的氧化实验表明:SiCp/Cu复合材料的抗氧化性能优于纯Cu;SiC体积分数为20%时和SiC颗粒尺寸为20μm时复合材料的抗氧化性较好;在700℃循环氧化条件下,复合材料的氧化增重呈现出近抛物线变化规律;SiCp/Cu梯度复合材料沿厚度方向的抗氧化性呈现梯度变化特征。SiCp/Cu复合材料的耐磨性随SiC含量的增加而增强。SiCp/Cu梯度复合材料的耐磨性优于纯铜,并且呈梯度分布;低载荷条件下的磨损机制主要是磨粒磨损,载荷较高时,主要是磨粒磨损和剥层磨损的综合作用。
二、梯度功能材料的热应力分析及热性能评价（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、梯度功能材料的热应力分析及热性能评价（论文提纲范文）
（1）功能梯度材料在ABAQUS子程序中的实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 功能梯度材料 |
| 1.2 功能梯度材料力学研究进展 |
| 1.2.1 功能梯度材料的成分分布函数 |
| 1.2.2 功能梯度材料的物性参数模型研究进展 |
| 1.2.3 功能梯度材料的力学研究进展 |
| 1.3 ABAQUS二次开发现状 |
| 1.4 课题提出与研究内容 |
| 第二章 ABAQUS及用户自定义材料库 |
| 2.1 ABAQUS程序 |
| 2.1.1 ABAQUS模块 |
| 2.1.2 ABAQUS材料非线性的处理 |
| 2.1.3 ABAQUS分析步、增量步与迭代步 |
| 2.2 用户子程序基本知识 |
| 2.2.1 UMAT相关知识 |
| 2.2.2 UMATHT相关知识 |
| 2.2.3 ABAQUS的二次开发语言 |
| 2.3 小结 |
| 第三章 受内压FGM厚壁管在ABAQUS子程序中的实现 |
| 3.1 内部受压的FGM管力学问题 |
| 3.2 解析法求解内部受压的FGM管力学问题 |
| 3.2.1 基本问题 |
| 3.2.2 Mori-Tanaka法 |
| 3.2.3 Reuss下限法 |
| 3.2.4 Voigt上限法 |
| 3.3 Mori-Tanaka法模型 |
| 3.3.1 模型基本假设 |
| 3.3.2 基本的模型框架 |
| 3.3.3 应力应变关系 |
| 3.3.4 刚度矩阵 |
| 3.4 UMAT的二次开发 |
| 3.4.1 子程序开头与参数定义 |
| 3.4.2 直角坐标到极坐标的转换 |
| 3.4.3 定义刚度矩阵 |
| 3.4.4 极坐标到直角坐标的转换 |
| 3.5 受内压的FGM厚壁管应力—应变分析 |
| 3.5.1 模型建立与求解 |
| 3.5.2 后处理中的坐标变换 |
| 3.5.3 计算结果与验证 |
| 3.6 关于坐标变换的讨论 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 热力耦合作用下FGM厚壁管在ABAQUS子程序中的实现 |
| 4.1 热力耦合作用下的FGM管力学问题 |
| 4.2 解析法求解热力耦合作用下FGM厚壁管的力学问题 |
| 4.2.1 热传递分析 |
| 4.2.2 热弹性问题 |
| 4.2.3 热位移和应力 |
| 4.3 UMATHT的二次开发 |
| 4.3.1 UMAT子程序的修正 |
| 4.3.2 UMATHT子程序二次开发 |
| 4.4 温度场中FGM厚壁管的应力—应变分析 |
| 4.4.1 计算案例 |
| 4.4.2 计算结果与验证 |
| 4.5 热力耦合作用下FGM厚壁管的应力—应变分析 |
| 4.5.1 计算案例 |
| 4.5.2 计算结果与验证 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（2）功能梯度材料的制备及接触模拟分析（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题的背景及意义 |
| 1.2 功能梯度材料制备及性能研究现状 |
| 1.2.1 功能梯度材料制备方法、优缺点及应用 |
| 1.2.2 功能梯度材料性能研究现状 |
| 1.3 功能梯度材料接触力学研究现状 |
| 1.3.1 有限元分析理论及软件的发展 |
| 1.3.2 接触力学的研究现状 |
| 1.4 本文的研究目的和内容 |
| 1.4.1 研究目的 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 2 功能梯度材料的制备及性能分析 |
| 2.1 实验方案 |
| 2.1.1 实验主要设备和原料 |
| 2.1.2 制备 |
| 2.2 微观结构分析 |
| 2.3 制备材料的性能测试 |
| 2.3.1 压缩性能测试 |
| 2.3.2 维氏硬度测试 |
| 2.3.3 密度测试 |
| 2.3.4 压痕测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 均匀材料接触有限元模拟 |
| 3.1 铝块在平压头作用下的无摩擦接触模拟 |
| 3.1.1 模拟过程 |
| 3.1.2 模拟结果及分析 |
| 3.2 铝块在圆压头作用下的无摩擦接触模拟 |
| 3.2.1 模拟过程 |
| 3.2.2 模拟结果及分析 |
| 3.3 铝块在平压头作用下的滑动摩擦接触模拟 |
| 3.3.1 模拟过程 |
| 3.3.2 模拟结果及分析 |
| 3.4 铝块在圆压头作用下的滑动摩擦接触模拟 |
| 3.4.1 模拟过程 |
| 3.4.2 模拟结果及分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 功能梯度材料涂层半平面的无摩擦接触有限元模拟 |
| 4.1 收敛性分析 |
| 4.1.1 模拟过程 |
| 4.1.2 模拟结果及分析 |
| 4.2 梯度材料在平压头作用下的无摩擦接触模拟 |
| 4.2.1 梯度材料对接触应力的影响 |
| 4.2.2 弹性模量比值E_0/E_h对接触应力的影响 |
| 4.2.3 梯度指数n对接触应力的影响 |
| 4.2.4 梯度涂层按不同函数形式变化对接触应力的影响 |
| 4.3 梯度材料在圆压头作用下的无摩擦接触模拟 |
| 4.3.1 梯度材料对接触应力的影响 |
| 4.3.2 弹性模量比值E_0/E_h对接触应力的影响 |
| 4.3.3 弹性模量比值E_0/E_h对压痕、接触区的影响 |
| 4.3.4 梯度指数n对接触应力的影响 |
| 4.3.5 梯度指数n对压痕、接触区的影响 |
| 4.3.6 梯度涂层按不同函数形式变化对接触应力的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 梯度涂层在球压头作用下的无摩擦接触有限元分析 |
| 5.1 均匀铝块在球压头作用下的无摩擦接触 |
| 5.1.1 模拟过程 |
| 5.1.2 模拟结果及分析 |
| 5.2 梯度涂层在球压头作用下的无摩擦接触 |
| 5.2.1 模拟过程 |
| 5.2.2 模拟结果及分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 结论及展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 进一步的工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（3）光伏玻璃结构安全及热性能评价与表征（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 工程背景及研究意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 光伏钢化玻璃自爆与检测 |
| 1.2.2 薄型光伏玻璃弯曲强度评价与测试 |
| 1.2.3 光伏夹层玻璃界面粘接性能 |
| 1.2.4 光伏玻璃传热及节能性能 |
| 1.3 光伏玻璃性能评价与表征存在的问题 |
| 1.4 本文研究目标、方法及内容 |
| 1.4.1 研究目标 |
| 1.4.2 研究方法 |
| 1.4.3 研究内容 |
| 第2章 光伏钢化玻璃自爆缺陷评价及光弹检测 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 钢化玻璃自爆机理与自爆准则 |
| 2.2.1 钢化玻璃应力分布与能量 |
| 2.2.2 钢化玻璃自爆机理与准则 |
| 2.2.3 钢化玻璃自爆影响因素分析 |
| 2.3 基于光弹法的钢化玻璃缺陷检测技术 |
| 2.3.1 光弹法原理 |
| 2.3.2 光弹实验设备研发 |
| 2.3.3 钢化玻璃缺陷光弹实验 |
| 2.3.4 钢化玻璃缺陷光弹检测工程应用 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 光伏薄型玻璃强度评价及测试 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 超薄玻璃弯曲强度评价 |
| 3.2.1 玻璃弯曲强度厚度影响 |
| 3.2.2 超薄玻璃弯曲强度应力梯度效应 |
| 3.3 等效涂层法测试超薄玻璃弯曲强度 |
| 3.3.1 实验原理 |
| 3.3.2 超薄玻璃弯曲强度计算 |
| 3.3.3 试验结果及分析 |
| 3.4 光伏薄型玻璃弹性模量测试方法 |
| 3.4.1 瞬态激振试验法 |
| 3.4.2 瞬态激振实验装置 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 光伏夹层玻璃残余应力与界面力学性能评价 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 夹层玻璃残余应力分布特征 |
| 4.2.1 夹层玻璃层间残余应力分布特征 |
| 4.2.2 夹层玻璃表面残余热应力实验研究 |
| 4.3 光伏夹层玻璃界面粘接性能评价 |
| 4.3.1 界面粘接性能评价方法 |
| 4.3.2 双十字交叉法 |
| 4.4 光伏夹层玻璃界面性能老化试验研究 |
| 4.4.1 实验室湿热老化 |
| 4.4.2 自然暴晒老化 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 光伏夹层玻璃传热温度响应区间分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 区间不确定性传热数值分析方法 |
| 5.2.1 传热数值分析方法 |
| 5.2.2 区间不确定性分析方法 |
| 5.2.3 区间不确定传热数值分析模型 |
| 5.3 夹层玻璃温度场响应区间摄动分析 |
| 5.3.1 高阶参数摄动法 |
| 5.3.2 子区间参数摄动法 |
| 5.3.3 夹层玻璃玻璃温度场响应分析 |
| 5.4 光伏夹层玻璃传热温度响应区间配点法 |
| 5.4.1 多项式逼近理论 |
| 5.4.2 配点方案选取 |
| 5.4.3 光伏夹层玻璃温度响应分析 |
| 5.5 光伏夹层玻璃区间可靠性优化分析 |
| 5.5.1 区间可靠性度量 |
| 5.5.2 可靠性优化模型及流程 |
| 5.5.3 光伏夹层玻璃优化设计数值算例 |
| 5.6 小结 |
| 第6章 光伏玻璃太阳得热性能评价与测试 |
| 6.1 前言 |
| 6.2 光伏玻璃传热机理 |
| 6.2.1 光伏夹层玻璃传热方程 |
| 6.2.2 光伏玻璃太阳得热 |
| 6.2.3 光伏玻璃热电比 |
| 6.3 光伏玻璃太阳得热测试设备研发 |
| 6.3.1 测试原理 |
| 6.3.2 设备组成 |
| 6.4 光伏玻璃太阳得热实验研究 |
| 6.4.1 实验样品 |
| 6.4.2 安装角度影响 |
| 6.4.3 光伏玻璃类型影响 |
| 6.4.4 太阳能电池面积影响 |
| 6.5 小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间参加科研情况及取得的研究成果 |
| 致谢 |
（4）ZrO2/316L不锈钢梯度功能材料的制备及性能分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的选题背景与意义 |
| 1.2 梯度功能材料概述 |
| 1.2.1 梯度功能材料特性及提出背景 |
| 1.2.2 梯度功能材料的制备方法 |
| 1.2.3 梯度功能材料的主要应用 |
| 1.3 梯度功能材料的评价方法 |
| 1.4 粉末注射成形工艺(PIM) |
| 1.5 ZrO_2陶瓷 |
| 1.6 不锈钢 |
| 1.7 研究目的和主要内容 |
| 1.7.1 课题的研究目的 |
| 1.7.2 研究的主要内容 |
| 第2章 实验材料及方法 |
| 2.1 实验材料的选择 |
| 2.1.1 不锈钢 |
| 2.1.2 陶瓷 |
| 2.1.3 粘结剂 |
| 2.2 实验设备 |
| 2.3 实验过程 |
| 2.3.1 喂料的制备 |
| 2.3.2 注射 |
| 2.3.3 脱脂 |
| 2.3.4 烧结 |
| 2.4 分析测试 |
| 2.4.1 粉末粒度测试 |
| 2.4.2 尺寸测量 |
| 2.4.3 硬度检测 |
| 2.4.4 溶剂脱脂的失重率分析 |
| 2.4.5 差热热重分析 |
| 2.4.6 扫面电镜分析检测 |
| 第3章 ZrO_2/316L不锈钢梯度功能材料的设计 |
| 3.1 ZrO_2/316L不锈钢FGM的设计 |
| 3.1.1 材料成分设计 |
| 3.1.2 成分分布设计 |
| 3.2 功能梯度材料的热应力有限元分析 |
| 3.2.1 热应力模型建立 |
| 3.2.2 热应力有限元模拟结果分析 |
| 3.3 功能梯度材料拉应力有限元分析 |
| 3.3.1 拉伸模型建立 |
| 3.3.2 拉应力有限元模拟结果分析 |
| 3.4 ZrO_2/316L不锈钢梯度功能材料分布的确定 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 ZrO_2/316L不锈钢梯度功能材料的制备 |
| 4.1 混料过程 |
| 4.2 注射成形 |
| 4.3 脱脂工艺 |
| 4.3.1 溶剂脱脂 |
| 4.3.2 热脱脂 |
| 4.4 烧结工艺 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 ZrO_2/316L不锈钢梯度功能材料性能检测 |
| 5.1 界面微观结构观察 |
| 5.2 界面元素分布检测及分析 |
| 5.3 硬度检测 |
| 5.3.1 Y-PSZ/316L复合材料的硬度 |
| 5.3.2 梯度材料横截面硬度分布 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的成果 |
| 致谢 |
（5）偏滤器水冷钨铜模块传热与热应力问题研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 偏滤器水冷W/Cu模块过冷流动沸腾换热特性研究进展 |
| 1.3 偏滤器水冷W/Cu模块临界热流研究进展 |
| 1.3.1 临界热流实验研究 |
| 1.3.2 临界热流数值研究 |
| 1.4 功能梯度材料热应力缓和研究进展 |
| 1.4.1 功能梯度材料的基本概念与研究方向 |
| 1.4.2 功能梯度材料热应力缓和的研究进展 |
| 1.4.3 应用于偏滤器水冷模块的W/Cu功能梯度材料热应力缓和研究进展 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第二章 数值计算方法 |
| 2.1 模型建立及简化 |
| 2.1.1 物理模型 |
| 2.1.2 计算模型与边界条件 |
| 2.1.3 材料物性模型 |
| 2.2 数值计算方法 |
| 2.2.1 均相流动模型及其控制方程 |
| 2.2.2 沸腾计算模型 |
| 2.2.3 热弹塑性理论模型 |
| 2.2.4 热等静压技术制备W/Cu功能梯度材料热应力计算的三步载荷 |
| 2.2.5 计算方法与网格划分 |
| 2.2.6 湍流模型比较与选择 |
| 2.3 小结 |
| 第三章 偏滤器水冷W/Cu模块过冷流动沸腾换热特性数值研究 |
| 3.1 偏滤器水冷W/Cu模块过冷流动沸腾换热 |
| 3.1.1 冷却通道内汽相体积分数分布 |
| 3.1.2 冷却通道内压力分布 |
| 3.1.3 冷却通道内流场结构 |
| 3.1.4 温度分布 |
| 3.2 流动参数对偏滤器水冷W/Cu模块过冷流动沸腾换热特性的影响 |
| 3.2.1 进口流速对偏滤器水冷W/Cu模块过冷流动沸腾换热特性的影响 |
| 3.2.2 进口过冷度对偏滤器水冷W/Cu模块过冷流动沸腾换热特性的影响 |
| 3.2.3 流动参数对偏滤器水冷W/Cu模块沸腾压降的影响 |
| 3.3 几何参数对偏滤器水冷W/Cu模块过冷流动沸腾换热特性的影响 |
| 3.3.1 宽度对偏滤器水冷W/Cu模块过冷流动沸腾换热特性的影响 |
| 3.3.2 钨层最小厚度对偏滤器水冷W/Cu模块过冷流动沸腾换热特性的影响 |
| 3.3.3 高度对偏滤器水冷W/Cu模块过冷流动沸腾换热特性的影响 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 偏滤器水冷W/Cu模块临界热流数值预测研究 |
| 4.1 典型工况下偏滤器水冷W/Cu模块临界热流数值计算 |
| 4.1.1 温度分布 |
| 4.1.2 冷却通道内汽相体积分数 |
| 4.1.3 冷却通道内流场结构 |
| 4.1.4 冷却壁面对流换热系数 |
| 4.1.5 冷却壁面热流密度分布 |
| 4.2 流动及几何参数对偏滤器水冷W/Cu模块临界热流的影响 |
| 4.2.1 进口流速对偏滤器水冷W/Cu模块临界热流的影响 |
| 4.2.2 进口过冷度对偏滤器水冷W/Cu模块临界热流的影响 |
| 4.2.3 宽度对偏滤器水冷W/Cu模块临界热流的影响 |
| 4.2.4 钨层最小厚度对偏滤器水冷W/Cu模块临界热流的影响 |
| 4.2.5 高度对偏滤器水冷W/Cu模块临界热流的影响 |
| 4.3 偏滤器水冷W/Cu模块峰值系数数值研究 |
| 4.3.1 计算模型及网格划分 |
| 4.3.2 计算方法 |
| 4.3.3 钨层最小厚度及模块宽度对峰值系数的影响 |
| 4.3.4 梯度层厚度及模块高度对峰值系数的影响 |
| 4.3.5 雷诺数及雅各布数对峰值系数的影响 |
| 4.3.6 偏滤器水冷W/Cu模块峰值系数经验关系式 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 偏滤器水冷模块过冷流动沸腾换热特性实验研究与数值分析 |
| 5.1 实验装置及数据处理 |
| 5.1.1 实验系统 |
| 5.1.2 实验件结构 |
| 5.1.3 测量系统 |
| 5.1.4 测量装置及精度 |
| 5.1.5 实验工况与数据处理 |
| 5.2 数值计算模型 |
| 5.3 实验结果及数值分析 |
| 5.3.1 热流密度对换热特性的影响 |
| 5.3.2 流速对换热特性的影响 |
| 5.3.3 临界热流 |
| 5.4 实验误差分析 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 偏滤器水冷模块W/Cu功能梯度材料热应力数值研究 |
| 6.1 偏滤器水冷模块W/Cu功能梯度材料残余热应力数值研究 |
| 6.1.1 成分分布指数对残余热应力的影响 |
| 6.1.2 梯度层厚度对残余热应力的影响 |
| 6.1.3 焊接温度对残余热应力的影响 |
| 6.1.4 焊接压力对残余热应力的影响 |
| 6.2 等值热边界条件对偏滤器水冷模块W/Cu功能梯度材料工作热应力计算的影响 |
| 6.2.1 温度场差异 |
| 6.2.2 热应力场差异 |
| 6.3 偏滤器水冷模块W/Cu功能梯度材料工作热应力数值研究 |
| 6.3.1 成分分布指数对工作热应力的影响 |
| 6.3.2 梯度层厚度对工作热应力的影响 |
| 6.3.3 焊接温度对工作热应力的影响 |
| 6.3.4 焊接压力对工作热应力的影响 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 本文主要研究结论 |
| 7.2 本文创新点 |
| 7.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
（6）激光直接金属沉积石墨—铜功能梯度复合材料应力场数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 受电弓及其滑板简介 |
| 1.1.1 受电弓 |
| 1.1.2 受电弓上的滑板 |
| 1.2 功能梯度复合材料 |
| 1.2.1 FGM 相关概念 |
| 1.2.2 FGM 的分类 |
| 1.2.3 FGM 的制备方法 |
| 1.2.4 FGM 研究现状及展望 |
| 1.3 激光直接沉积技术 |
| 1.4 数值模拟以及 ANSYS 软件 |
| 1.5 课题的研究意义以及主要内容 |
| 第二章 有限元模型的建立 |
| 2.1 FGM 模型 |
| 2.1.1 梯度设计模型 |
| 2.1.2 物性参数模型 |
| 2.2 激光沉积热模型 |
| 2.2.1 热源模型 |
| 2.2.2 传热模型 |
| 2.2.3 边界条件 |
| 2.4 激光粉末沉积力学准则 |
| 2.4.1 屈服准则 |
| 2.4.2 流动准则 |
| 2.4.3 强化准则 |
| 2.4.4 应力应变关系 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 ANSYS 有限元数值求解 |
| 3.1 FGM 温度场的数值求解 |
| 3.1.1 FGM 模型的建立 |
| 3.1.2 单元类型选择 |
| 3.1.3 模型的网格划分 |
| 3.1.4 生死单元 |
| 3.1.5 加载与求解 |
| 3.2 应力场的耦合 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 有限元数值求解结果 |
| 4.1 激光沉积材料 |
| 4.2 激光工艺参数 |
| 4.3 梯度结构对温度场以及应力场影响 |
| 4.3.1 温度场仿真结果分析 |
| 4.3.2 应力场仿真结果分析 |
| 4.4 工艺条件对 FGM 的温度场与应力场的影响 |
| 4.4.1 激光功率的影响 |
| 4.4.2 扫描速率的影响 |
| 4.4.3 扫描方式的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 梯度结构设计 |
| 5.1 梯度成分分布指数对仿真的影响 |
| 5.2 梯度层厚对数值求解的影响 |
| 5.3 梯度层数对数值求解的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 个人简历 在读期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（7）换热边界下2D-FGM弹性板的热—机载性能（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 功能梯度材料概述 |
| 1.2 FGM 的研究进展 |
| 1.2.1 热传导领域 |
| 1.2.2 热应力领域 |
| 1.2.3 热-机载共同作用领域 |
| 1.2.4 其他领域 |
| 1.3 FGM 的设计与制备 |
| 1.4 FGM 的应用领域 |
| 1.5 本课题的研究内容 |
| 1.5.1 研究背景 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 1.5.3 研究方法 |
| 1.5.4 创新性 |
| 第2章 热传导问题的有限元解法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 热传导基本定律 |
| 2.2.1 能量守恒原理 |
| 2.2.2 傅里叶定律 |
| 2.3 热传导微分方程 |
| 2.4 单值性条件 |
| 2.4.1 第一类边界条件 |
| 2.4.2 第二类边界条件 |
| 2.4.3 第三类边界条件 |
| 2.5 平面温度场计算的有限元基本方程 |
| 2.5.1 加权余量法 |
| 2.5.2 平面温度场计算的有限元基本方程 |
| 2.6 有限元基本方程的求解 |
| 2.6.1 求解区域离散化 |
| 2.6.2 温度插值函数 |
| 2.6.3 不同单元的积分计算 |
| 2.6.4 有限单元法的总体合成 |
| 2.6.5 瞬态温度场的时间差分格式 |
| 2.7 温度场有限元法求解的程序实现 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 平面应力问题的有限元解法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 弹性力学基本理论 |
| 3.2.1 两种应变的计算 |
| 3.2.2 两种应变的叠加 |
| 3.3 平面应力问题的微分方程 |
| 3.4 平面应力问题的有限元基本方程 |
| 3.5 有限元基本方程的求解 |
| 3.5.1 单元离散化和位移插值函数 |
| 3.5.2 不同单元的积分计算 |
| 3.5.3 有限单元法的总体合成 |
| 3.6 应力与应变的计算 |
| 3.7 计算结果的整理 |
| 3.8 应力场有限元法求解的程序实现 |
| 3.9 本章小结 |
| 第4章 研究模型与物性参数 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 研究模型 |
| 4.2.1 基体材料与体积分数 |
| 4.2.2 基本参数与假定 |
| 4.2.3 热学边界 |
| 4.2.4 力学边界 |
| 4.2.5 机械荷载 |
| 4.2.6 单元离散化 |
| 4.3 物性参数 |
| 4.3.1 物性参数概述 |
| 4.3.2 基体材料的物性参数 |
| 4.3.3 2D-FGM 的物性参数计算 |
| 4.3.4 1D-FGM 的物性参数计算 |
| 4.3.5 对流换热系数 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 正确性检验与结果分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 正确性检验 |
| 5.2.1 温度场检验 |
| 5.2.2 应力场检验 |
| 5.3 换热边界下 2D-FGM 板的温度场分布分析 |
| 5.3.1 换热边界下 2D-FGM 板的温度场分布特征 |
| 5.3.2 组分分布系数对换热边界下 2D-FGM 板温度场分布的影响 |
| 5.3.3 孔隙率对换热边界下 2D-FGM 板温度场分布的影响 |
| 5.3.4 相对换热系数对换热边界下 2D-FGM 板温度场分布的影响 |
| 5.3.5 环境介质温度对换热边界下 2D-FGM 板温度场分布的影响 |
| 5.3.6 考虑变物性对换热边界下 2D-FGM 温度场分布的影响 |
| 5.4 热-机载共同作用下 2D-FGM 板的应力场分布分析 |
| 5.4.1 换热边界下 2D-FGM 板的热应力场分布特征 |
| 5.4.2 组分分布系数对热-机载作用下 2D-FGM 板应力场分布的影响 |
| 5.4.3 孔隙率对热-机载共同作用下 2D-FGM 板应力场分布的影响 |
| 5.4.4 相对换热系数对热-机载共同作用下 2D-FGM 板应力场分布的影响 |
| 5.4.5 环境介质温度对热-机载共同作用下 2D-FGM 板应力场分布的影响 |
| 5.4.6 考虑变物性对热-机载共同作用下 2D-FGM 板应力场分布的影响 |
| 5.4.7 力学边界条件对热-机载共同作用下 2D-FGM 板应力场分布的影响 |
| 5.4.8 机械加载方式对热-机载共同作用下 2D-FGM 板应力场分布的影响 |
| 5.4.9 集中荷载大小对热-机载共同作用下 2D-FGM 板应力场分布的影响 |
| 5.4.10 相同工况下 1D-FGM 板与 2D-FGM 板应力场分布的比较 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 个人简介 |
（8）锂离子电池的热电化学研究及其电极材料的计算与模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 锂离子电池体系 |
| 1.2.1 工作原理 |
| 1.2.2 基本结构 |
| 1.2.3 特点 |
| 1.2.4 正极材料 |
| 1.3 锂离子电池的热电化学研究 |
| 1.3.1 研究方法 |
| 1.3.2 量热仪与电化学装置联用测量电池热效应的研究现状 |
| 1.4 锂离子电池的量子化学与计算机模拟研究 |
| 1.4.1 锂离子电池热模型的研究 |
| 1.4.2 锂离子电池电极材料的第一性原理研究 |
| 1.5 本论文研究的目的和内容 |
| 第2章 实验部分 |
| 2.1 锂离子电池的制备仪器及方法 |
| 2.1.1 实验试剂 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.1.3 CR2025型扣式锂离子电池的组装 |
| 2.2 锂离子电池的电化学-量热联合测试仪器及方法 |
| 2.2.1 八通道毫瓦级热导式等温量热仪(TAM Air) |
| 2.2.2 电池测试系统(LAND) |
| 2.3 锂离子电池电极材料的表征仪器及方法 |
| 2.3.1 X射线衍射(XRD)表征 |
| 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)测试 |
| 2.4 锂离子电池内部温度的测量装置及方法 |
| 第3章 锂离子电池充放电循环过程中的热电化学研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 锂离子电池的热效应原理 |
| 3.3 LiFePO_4锂离子电池的热电化学研究 |
| 3.3.1 LiFePO_4锂离子电池的电化学性能研究 |
| 3.3.2 LiFePO_4锂离子电池的热力学性能研究 |
| 3.3.3 LiFePO_4锂离子电池的XRD分析 |
| 3.3.4 LiFePO_4锂离子电池的SEM分析 |
| 3.4 LiFePO_4锂离子电池的充放电机理分析 |
| 3.5 LiMn_2O_4锂离子电池的热电化学研究 |
| 3.5.1 LiMn_2O_4锂离子电池的电化学性能研究 |
| 3.5.2 LiMn_2O_4锂离子电池的热力学性能研究 |
| 3.5.3 LiMn_2O_4锂离子电池的XRD分析 |
| 3.5.4 LiMn_2O_4锂离子电池的SEM分析 |
| 3.6 锂离子电池正极材料的电、热性能评价 |
| 3.6.1 LiFePO_4和LiMn_2O_4的电化学性能评价 |
| 3.6.2 LiFePO_4和LiMn_2O_4的热力学性能评价 |
| 3.7 小结 |
| 第4章 锂离子电池充放电过程中的有限元模拟研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 热传导基本理论 |
| 4.3 有限元方法及软件 |
| 4.3.1 有限元方法 |
| 4.3.2 ANSYS软件简介 |
| 4.4 锂离子电池电-热耦合模型的构建 |
| 4.4.1 有限元模型的构建 |
| 4.4.2 热生成率的计算 |
| 4.5 不同充放电倍率对电池内部温度场分布的影响 |
| 4.6 不同环境温度对电池内部温度场分布的影响 |
| 4.7 不同充放电倍率和环境温度对电池内部最高温度的影响 |
| 4.8 模拟结果的实验验证 |
| 4.9 小结 |
| 第5章 锂离子电池电极材料热、电性质的第一性原理研究 |
| 5.1 第一性原理计算的理论基础 |
| 5.2 密度泛函理论及计算软件 |
| 5.2.1 密度泛函理论 |
| 5.2.2 CASTEP软件及方法 |
| 5.3 第一性原理计算LiFePO_4和Li的热力学性质的理论基础 |
| 5.4 第一性原理预测LiFePO_4锂离子电池平均电压的理论基础 |
| 5.5 结构优化结果与分析 |
| 5.6 LiFePO_4的能带结构和态密度分析 |
| 5.7 LiFePO_4锂离子电池平均电压的计算 |
| 5.8 LiFePO_4和Li的热力学性质的计算 |
| 5.9 小结 |
| 第6章 结论 |
| 6.1 本研究的主要结论 |
| 6.2 主要创新之处 |
| 6.3 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读学位期间主要的研究成果 |
| 致谢 |
（9）电场辅助激活功能陶瓷与金属扩散连接的界面结构及力学性能（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 概述 |
| 1.1.1 功能梯度材料 |
| 1.1.2 功能梯度材料的应用 |
| 1.2 功能梯度材料研究现状 |
| 1.2.1 FGM的设计 |
| 1.2.2 FGM的制备 |
| 1.2.3 FGM的性能评价及研究进展 |
| 1.2.4 FGM的发展方向 |
| 1.3 Ti-Al系金属间化合物 |
| 1.4 金属基陶瓷增强复合材料 |
| 1.5 研究意义及主要内容 |
| 第二章 试验材料与方法 |
| 2.1 试验材料及仪器设备 |
| 2.1.1 试验材料 |
| 2.1.2 试验设备及仪器 |
| 2.2 试验工艺流程 |
| 2.2.1 原料配制 |
| 2.2.2 机械球磨 |
| 2.2.3 冷压成型 |
| 2.2.4 FAPAS制备 |
| 2.3 组织及性能检测 |
| 2.3.1 微观组织分析 |
| 2.3.2 压痕-断裂韧性 |
| 2.3.3 三点弯曲试验 |
| 2.3.4 剪切强度试验 |
| 2.3.5 抗热震性能 |
| 2.3.6 力学性能数值模拟 |
| 第三章 有限元分析 |
| 3.1 有限元思想 |
| 3.2 有限元方法的基本步骤 |
| 3.3 有限元热分析数学依据 |
| 3.4 FGM温度场及残余应力的数值模拟 |
| 3.4.1 材料的物性参数 |
| 3.4.2 有限元模型 |
| 3.4.3 初始条件和边界条件 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 Ti/TiAl的扩散连接及力学性能分析 |
| 4.1 Ti-TiAl连接界面结构分析 |
| 4.1.1 Ti-TiAl接头微观结构分析 |
| 4.1.2 Ti-TiAl连接界面结构 |
| 4.2 电流大小对Ti-TiAl连接接头性能的影响 |
| 4.3 Ti-TiAl连接接头力学性能的有限元分析 |
| 4.3.1 Ti-TiAl-Ti接头残余应力与应变 |
| 4.3.2 Ti-TiAl-Ti接头各参数随时间的变化 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 TiC-TiB_2+Ni/TiAl/Ti梯度材料的结构及力学性能分析 |
| 5.1 TiC-TiB_2+Ni/TiAl/Ti梯度材料的合成 |
| 5.1.1 TiC-TiB_2+Ni/TiAl/Ti梯度材料微观结构分析 |
| 5.1.2 梯度材料连接界面结构分析 |
| 5.2 梯度材料力学性能表征 |
| 5.2.1 梯度材料韧性分析 |
| 5.2.2 梯度材料界面强度分析 |
| 5.2.3 梯度材料抗热震性能分析 |
| 5.3 梯度材料力学性能的有限元分析 |
| 5.3.1 残余变形 |
| 5.3.2 残余应变 |
| 5.3.3 残余应力 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表的论文及科研成果 |
（10）SiCp/Cu梯度复合材料的制备及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 颗粒增强Cu 基复合材料 |
| 1.3 梯度复合材料 |
| 1.3.1 梯度复合材料的制备技术 |
| 1.3.2 梯度复合材料的性能评价 |
| 1.3.3 梯度复合材料的应用 |
| 1.3.4 梯度复合材料展望 |
| 1.4 本文研究目的及内容 |
| 1.4.1 目的和意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第2章 梯度复合材料的制备工艺及显微组织 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 梯度复合材料的制备工艺 |
| 2.2.1 实验材料 |
| 2.2.2 材料成分设计 |
| 2.2.3 材料的制备 |
| 2.3 显微组织 |
| 2.3.1 金相试样的制备 |
| 2.3.2 显微组织 |
| 2.4 密度 |
| 2.4.1 密度测试 |
| 2.4.2 结果与讨论 |
| 2.5 硬度 |
| 2.5.1 硬度测试方法 |
| 2.5.2 结果与讨论 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 梯度复合材料的导电性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.3 结果及讨论 |
| 3.3.1 SiC 颗粒含量和复压烧结对导电性的影响 |
| 3.3.2 SiC 粒径大小对导电性的影响 |
| 3.3.3 压缩变形和退火处理对复合材料导电性的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 梯度复合材料的热疲劳性能 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验方法 |
| 4.3 结果及讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 梯度复合材料的氧化性能 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验方法 |
| 5.3 结果及讨论 |
| 5.3.1 氧化温度对氧化性能的影响 |
| 5.3.2 SiC 含量对氧化性能的影响 |
| 5.3.3 恒温氧化时间对氧化性能的影响 |
| 5.3.4 循环加热氧化对氧化性能的影响 |
| 5.3.5 SiC 粒径大小对氧化性能的影响 |
| 5.3.6 梯度复合材料的氧化性能 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 梯度复合材料的耐磨性能 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验方法 |
| 6.2.1 SiC_p/Cu 复合材料的测试方法 |
| 6.2.2 SiC_p/Cu 梯度复合材料的测试方法 |
| 6.3 结果及讨论 |
| 6.3.1 SiC 含量对磨损行为的影响 |
| 6.3.2 磨损时间对复合材料磨损行为的影响 |
| 6.3.3 SiC 粒径大小对复合材料磨损行为的影响 |
| 6.3.4 梯度复合材料的磨损行为 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间学术成果 |
| 致谢 |
四、梯度功能材料的热应力分析及热性能评价（论文参考文献）
- [1]功能梯度材料在ABAQUS子程序中的实现[D]. 柘美. 重庆交通大学, 2017(03)
- [2]功能梯度材料的制备及接触模拟分析[D]. 孙喜阁. 北京交通大学, 2017(01)
- [3]光伏玻璃结构安全及热性能评价与表征[D]. 刘正权. 中国建筑材料科学研究总院, 2016(11)
- [4]ZrO2/316L不锈钢梯度功能材料的制备及性能分析[D]. 陈丽婷. 沈阳理工大学, 2016(05)
- [5]偏滤器水冷钨铜模块传热与热应力问题研究[D]. 韩乐. 南京航空航天大学, 2015(07)
- [6]激光直接金属沉积石墨—铜功能梯度复合材料应力场数值模拟[D]. 陈鹏威. 华东交通大学, 2015(11)
- [7]换热边界下2D-FGM弹性板的热—机载性能[D]. 任鹏飞. 河北工程大学, 2013(04)
- [8]锂离子电池的热电化学研究及其电极材料的计算与模拟[D]. 宋刘斌. 中南大学, 2013(02)
- [9]电场辅助激活功能陶瓷与金属扩散连接的界面结构及力学性能[D]. 刘泽锋. 太原理工大学, 2011(08)
- [10]SiCp/Cu梯度复合材料的制备及性能研究[D]. 李春月. 陕西理工学院, 2010(03)