金属-金属功能梯度材料板壳结构的非线性力学性能及其破坏机理研究

本项目以金属-金属功能梯度材料板壳结构为研究对象，假定功能梯度材料的性能沿结构厚度方向呈任一函数形式连续变化，综合考虑材料的非均匀性、物理非线性、结构几何非线性、损伤及其演化等因素，探索金属-金属功能梯度材料的塑性屈服准则、硬化规律、弹塑性接触模型、弹塑性损伤本构关系、不同损伤状况下的损伤累积规律及相应的损伤演化方程，建立能较客观地反映金属-金属功能梯度材料结构渐进破坏过程的非线性静动力学模型，寻求此类复杂非线性系统的半解析求解方法，讨论上述诸因素对该类结构非线性力学行为的影响，揭示在不同荷载作用下该类结构的破坏机理，并通过实验测试对理论分析结果予以验证和评估。本项目的工作将丰富和发展结构非线性力学、连续介质损伤力学和弹塑性理论，同时，为该类结构的设计、寿命预测、可靠性评定提供理论依据，具较大的理论意义和工程应用价值。

本项目以金属-金属功能梯度材料板壳结构为研究对象，基于连续介质损伤力学、弹塑性理论、压电理论和结构非线性动力学，探索了金属-金属功能梯度材料的塑性屈服准则、硬化规律、弹塑性接触模型；建立了具层内损伤和层间界面损伤的弹塑性本构模型和相应的损伤演化方程；综合考虑损伤效应、压电效应、横向剪切变形、结构几何非线性和材料物理非线性等因素，建立了功能梯度结构的非线性静动力学控制方程和非线性冲击动力学模型；提出了求解此类复杂非线性静动力学系统的有效计算方法。在以上工作基础上，系统地研究了功能梯度结构的屈曲、后屈曲、自由振动、非线性动力响应、振动主动控制、脱层扩展和低速冲击下的非线性动力响应等问题；讨论了损伤效应、压电效应、材料物理非线性与非均匀性、结构几何参数等因素对功能梯度结构非线性静动力行为的影响，揭示了功能梯度板壳结构的若干非线性静动力学本质特征和失效机理。本项目的研究成果丰富和发展了结构非线性静动力学、连续介质损伤力学和弹塑性理论，达到了预期的研究目标。