邓子玉，陈丽婷

(沈阳理工大学 材料科学与工程学院，沈阳 110159)



梯度功能材料的梯度设计与应力分析

邓子玉，陈丽婷

(沈阳理工大学 材料科学与工程学院，沈阳 110159)

采用有限元分析软件，对316L/ZrO2层状复合材料和不同层数的梯度功能材料进行了热应力和拉应力分析，为实验制备316L/ ZrO2梯度功能材料确定了最佳梯度层数。结果表明：热工作时温度在梯度功能材料内部是逐层过渡的；梯度功能材料有良好的应力缓和能力；随着层数的增加，热应力缓和能力和抗拉伸能力越来越强，当层数增至五层时，材料内部产生的拉应力不再递减，稍有增加，经综合分析确定了材料的最佳梯度层数为四层。

功能梯度材料；热应力；拉应力

功能梯度材料(Functionally Graded Materials，简称FGM)，它是一种成分和组织沿材料内部一定方向为梯度变化，从而使材料性能也梯度变化的一种新型复合材料。不同于以往的层状复合材料，FGM在结构和性能上都呈梯度变化，无成分和性能的突变[1-2]。

材料两侧存在温差时，材料内部将产生较大的热应力，均一耐热材料已不能满足此要求[3]。目前广泛使用的隔热性耐热材料由于存在明显的相界面，两相的膨胀系数不同，导致材料内部产生巨大的热应力，这势必影响材料的使用性能。而功能梯度材料(FGM)解决了复合材料的界面应力问题，同时又保持了材料的复合特性，在工程材料中应用广泛[4-5]。目前功能梯度材料的热应力分析方法很多，多采用将功能梯度材料视为若干层均匀厚度材料的结合方法[6]。……