功能梯度壓力容器筒體彈塑性應(yīng)力分析

唐友成，朱帥

（淮陰工學(xué)院 江蘇省先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 淮安 223003）

1 前言

現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展對(duì)壓力容器特別是層合壓力容器的設(shè)計(jì)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(huì)產(chǎn)生明顯應(yīng)力集中。功能梯度材料是一種微觀結(jié)構(gòu)連續(xù)梯度變化的復(fù)合材料，能夠有效緩解層間應(yīng)力，因此，功能梯度材料在層合壓力容器中的應(yīng)用及應(yīng)力分析已引起學(xué)者廣泛關(guān)注。Chen和Lin對(duì)材料性能沿指數(shù)函數(shù)變化的功能梯度圓柱和球形壓力容器進(jìn)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(nèi)外壁界面處的應(yīng)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(yīng)力狀態(tài)，同時(shí)分析了兩種梯度因子變化對(duì)筒體三向應(yīng)力的影響?，F(xiàn)有研究多針對(duì)彈性問題，對(duì)塑性問題涉及很少。本文對(duì)熱力載荷作用下功能梯度壓力容器筒體彈塑性應(yīng)力進(jìn)行分析，探討不同材料參數(shù)梯度因子對(duì)彈塑性應(yīng)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(shù)α、熱導(dǎo)率λ沿厚度方向連續(xù)變化。筒體內(nèi)徑R1=1000mm，外徑R4=1015mm，梯度層內(nèi)徑R2=1005mm，外徑R3=1010mm。筒體基層與覆層材料分別為Q345和Al2O3?；鶎优c覆層楊氏模量、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、屈服強(qiáng)度分別為Eo、αo、λo、oσ和E1、αi、λi、iσ，梯度層材料參數(shù)變化形式如下：

圖1 功能……