热防护梯度材料组分优化设计开题报告

全文总字数：4041字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着人类对各个领域的不断探索发展，所需的材料要求也愈发提高，不但要适应各种复杂环境下的工作，还要尽可能的减轻重量，降低成本，而在这一系列的要求之下，功能梯度材料应运而生。

功能梯度材料（functionally gradient materials，简称fgm）是1986年由日本仙台的几位科学家提出的，它是一种组分、结构、物性参数都呈连续变化或阶梯变化的高性能材料

金属强度高、韧性好，但不耐高温和腐蚀；陶瓷耐高温、抗腐蚀，但脆性大，不耐冲击。若将金属和陶瓷组合可以充分发挥两者的优点，克服其缺点。但普通的黏接或组合技术，由于两者界面的热膨胀系数不同，而产生很大的热应力，引起剥离、开裂和脱落,造成材料的损坏。而功能梯度材料是一种使金属和陶瓷的组分和结构呈连续变化，从而物性参数也呈连续变化的复合材料。这种复合材料的高温侧壁采用耐热性好的陶瓷材料，低温侧壁使用导热和强度好的金属材料，材料从陶瓷过渡到金属的过程中，其耐热性逐渐降低，机械强度逐渐升高,热应力在材料两端均很小，在材料中部达到峰值，从而具有热应力缓和功能。

2. 研究的基本内容与方案

热防护梯度材料组分优化设计的主要内容是要针对耐高温金属-陶瓷混杂梯度材料的组分进行热力环境下的分析，以找到最优的组分比例。

目标是使具有优秀热防护性能的耐高温金属-陶瓷混杂梯度材料，优化其结构，找到最合适的组分比例，以进一步提升其性能和经济性，在工程上更加具有实用性。

具有热防护作用的耐高温金属-陶瓷梯度功能材料的基本设计思想是：材料的一侧是具有高强度、高韧性的金属材料，另一侧是具有耐高温、耐热冲刷特性的陶瓷材料。材料的组成从一侧到另一侧连续变化，从而使材料内部产生的热应力得到缓和，减小或消除材料的热应力破坏。因此, fgm 在制备和使用过程中所产生的热应力的大小和分布状况是制约材料性能的关键，所以对该方面的研究是一项重点。

3. 研究计划与安排

第1周：阅读相关文献，了解梯度材料以及相关的知识及背景；

第2周：翻译英文文献《优化材料组分以使与温度有关的材料性能的梯度功能材料（fgm）板产生的热应力降到最低》；

第3周：阅读相关文献，了解撰写开题报告的相关内容；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]gao tong, xu pengli, zhang weihong. topology optimization of thermo-elastic structures with multiple materials under mass constraint [j]. computers and structures, 2016, 173:150-160.

[2]akihiro takezawa, gil ho yoon, seung hyun jeong, etc. structural topology optimization with strength and heat conduction constraints [j]. comput. methods appl. mech. engrg., 2014, 276:341-361.

[3]yongbin ma, baosheng xu, mingji chen, etc. optimization design of built-up thermal protection system based on validation of corrugated core homogenization [j]. applied thermal engineering, 2017, 115:7491-500.