功能梯度壓力容器筒體彈塑性應力分析

唐友成，朱帥

（淮陰工學院 江蘇省先進制造技術重點實驗室，江蘇 淮安 223003）

1 前言

現代工業的快速發展對壓力容器特別是層合壓力容器的設計提出越來越高的要求。層合壓力容器由于層合材料性能存在明顯差異，在界面處會產生明顯應力集中。功能梯度材料是一種微觀結構連續梯度變化的復合材料，能夠有效緩解層間應力，因此，功能梯度材料在層合壓力容器中的應用及應力分析已引起學者廣泛關注。Chen和Lin對材料性能沿指數函數變化的功能梯度圓柱和球形壓力容器進行了彈性分析。Carrera和Soave分析了熱力載荷作用下功能梯度壓力容器圓柱殼和球形面板內外壁界面處的應力分布。陳建鈞等人通過楊氏模量梯度因子和溫度梯度因子研究了梯度圓筒在熱力載荷作用下的應力狀態，同時分析了兩種梯度因子變化對筒體三向應力的影響。現有研究多針對彈性問題，對塑性問題涉及很少。本文對熱力載荷作用下功能梯度壓力容器筒體彈塑性應力進行分析，探討不同材料參數梯度因子對彈塑性應力的影響。

2 問題描述與建模分析

如圖1所示，壓力容器筒體基層為金屬，覆層為陶瓷，中間為功能梯度層。梯度層彈性模量E、熱膨脹系數α、熱導率λ沿厚度方向連續變化。筒體內徑R1=1000mm，外徑R4=1015mm，梯度層內徑R2=1005mm，外徑R3=1010mm。筒體基層與覆層材料分別為Q345和Al2O3。基層與覆層楊氏模量、熱膨脹系數、熱導率、屈服強度分別為Eo、αo、λo、oσ和E1、αi、λi、iσ，梯度層材料參數變化形式如下：

圖1 功能……