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[应用科学与技术中的SpringerBriefs] 功能梯度压电执行器的振动分析 ||
摘要： 本书源于作者运用压电材料现代概念改进传感器与执行器设计的强烈愿望。为此，作者开展了博士研究，相关成果最终汇成本书?？氐悴鲅沟绮牧系幕纠砺邸⒂τ眉叭毕?，简要介绍不同压电效应产生的变形类型，继而阐释功能梯度材料（FGM）在压电材料梯度特性设计中的应用理念，并概述功能梯度压电材料（FGPM）的工程应用。后续章节对FGPM执行器进行模态分析，研究梁和环形板两类执行器几何结构，详细分析各参数对固有频率的影响。书中还详述了采用的新型数值方法——广义微分求积法（GDQ），并拓展该方法用于FGPM结构分析。全书核心聚焦于运用GDQ方法分析剪切激励下FGPM执行器的振动特性。
关键词： 剪切效应、压电材料、功能梯度材料、振动分析、执行器、广义微分求积法
更新于2025-09-23 15:23:52
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功能梯度挠曲电微梁能量收集器的能量收集特性
摘要： 由于具有强烈的尺寸依赖性，挠曲电效应可能成为微纳尺度能量收集器中压电效应的绝佳替代方案。本文建立了基于悬臂梁的功能梯度挠曲电能量收集器的尺寸依赖解析模型，采用哈密顿原理推导控制方程，并通过伽辽金法获得电输出与能量转换效率的近似闭式解。对于功能梯度挠曲电能量收集器，其有效挠曲电响应不仅受挠曲耦合系数控制，还与其一阶导数相关。数值分析表明：由3μm厚聚偏氟乙烯/钛酸锶构成的功能梯度挠曲电能量收集器，在体积分数指数从零变化至无穷大时，最佳工作频率从41407Hz逐渐降至7761Hz，最优负载电阻则从0.99MΩ逐步增至83.91MΩ；同时将厚度从3μm缩减至0.3μm可使归一化功率密度和能量转换效率分别提升约一个和两个数量级；此外，当应变梯度弹性系数增大时，固有频率会升高而对应最大电输出则会降低。
关键词： 功能梯度材料、挠曲电效应、悬臂梁、应变梯度弹性效应、能量收集器
更新于2025-09-23 15:22:29
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采用离心混合粉末法通过成分梯度层连接AlN与Al
摘要： 本研究采用离心混合粉末法（CMPM）实现了AlN与Al通过成分梯度层的连接。将AlN颗粒与Al颗粒的混合粉末置入装有块状AlN的旋转模具中，随后向该模具浇注熔融Al。在离心力作用下，熔融Al渗入混合粉末间隙，同时熔融Al的热量使Al颗粒熔化。凝固后，AlN与Al通过成分梯度层实现连接。研究还采用基于微力学的方法分析了成分梯度层对热应力的缓解作用。
关键词： 连接、陶瓷/金属连接、热应力松弛、功能梯度材料（FGMs）、微观力学、离心混合粉末法（CMPM）
更新于2025-09-23 15:22:29
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通过激光粉末床熔融增材制造实现Ti6Al4V微结构功能梯度材料单步成型工艺
摘要： 本研究的目标是：(1)验证仅使用线性能量输入是否足以预测Ti6Al4V的最终显微组织；(2)展示采用粉末床熔融技术制备功能梯度材料单步工艺的潜力。在激光粉末床熔融中，线性能量输入定义为激光功率与扫描速度之比，是描述单位能量输入的关键工艺参数，因此该参数常与最终显微组织相关联。但现有研究表明，当采用相似线性能量输入时，力学性能仍存在显著差异。本研究通过五个区域按比例调整激光功率和扫描速度制备了功能梯度试样，各区域其他参数保持一致，测得了五个区域显微组织和硬度的变化情况，证明线性能量输入不足以决定最终显微组织和力学性能。激光功率与扫描速度的幅值会影响最终显微组织，未来研究需单独考虑这些参数。
关键词： 线性热输入，功能梯度材料，Ti6Al4V，微观结构，粉末床熔融
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过选择性激光熔融技术构建的具有高强度和高韧性的理性设计功能梯度多孔Ti6Al4V支架，用于承重骨科应用
摘要： 具有仿生骨孔隙梯度变化策略的功能梯度材料（FGMs）是骨科植入体的潜在高性能生物材料。功能梯度支架的结构设计对实现骨整合所需的力学与生物学性能优化组合至关重要。本研究采用选择性激光熔融（SLM）技术，以Ti6Al4V为基材制备了四种不同结构的FGM支架。所有支架均为具有仿生骨梯度多孔结构特征的中空圆柱体，其三维架构各异且孔隙率呈梯度分布。研究采用两种晶胞结构（金刚石型与蜂窝型晶胞）构建多孔结构，并嵌入实体支撑结构以提升力学性能。系统比较了各支架的物理特性、力学性能及变形行为。所有孔隙率约52–67%的制备样品均呈现从内层到外层径向递减的孔隙分布，孔径范围约420至630微米。压缩测试表明，所有制备样品的杨氏模量（约3.79–10.99 GPa）与皮质骨相当。其中外层带支撑结构的蜂窝型晶胞FGM展现出最高的屈服强度、韧性及稳定的力学性能，更适合作为承重部位骨科支架的构建方案。
关键词： 增材制造、骨科支架、机械性能、功能梯度材料
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过基体预热消除TA15到Inconel718激光3D打印功能梯度材料的裂纹
摘要： 采用激光3D打印技术制备从TA15到Inconel718（IN718）的功能梯度材料（FGM）具有广阔的航空航天应用前景。然而，激光3D打印制造的线性梯度结构FGM中常出现裂纹。本研究通过基体预热激光3D打印工艺成功制备了无裂纹FGM，并详细分析了其微观组织与力学性能以阐明预热工艺抑制裂纹形成的机理。未预热FGM的微观组织显示裂纹主要形成于60%-80%IN718成分区间。显然，基体预热使内部应力水平低于屈服强度，因此预热样品未产生裂纹。预热FGM的抗拉强度达207MPa，较因裂纹无法测量的未预热样品有显著提升。研究表明，基体预热工艺能有效防止钛基至镍基合金功能梯度材料激光3D打印过程中的裂纹形成。
关键词： 激光3D打印，功能梯度材料，裂纹，微观结构，预热
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过广义分数阶热传导研究功能梯度材料裂纹条带的瞬态热弹性响应
摘要： 本研究基于广义分数阶热传导理论，分析了含平行于自由表面裂纹的功能梯度材料弹性带的热冲击问题。假设嵌入裂纹为绝热状态。采用傅里叶变换和拉普拉斯变换求解与时间分数阶偏微分方程相关的混合初边值问题。通过求解奇异积分方程组获得拉普拉斯变换域内的温度场和热应力分布。运用拉普拉斯逆变换的数值反演方法给出时域热弹性场的计算结果，图形化展示了上下裂纹面温差及裂尖热应力强度因子，揭示了热通量相位滞后、分数阶数和梯度指数对传热过程的不同调控作用。对比研究了非傅里叶模型与经典傅里叶模型的温度跃变及热应力强度因子差异，数值结果表明波状效应和记忆效应是分数阶Cattaneo热传导的两个显著特征，而经典傅里叶热传导中不存在这些现象。
关键词： 功能梯度材料、热应力、裂纹、时间分数阶热传导、热通量相位滞后
更新于2025-09-22 20:01:19
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功能梯度多层一维六方压电准晶纳米板的非局部解析解
摘要： 基于非局部弹性理论，研究了表面机械载荷作用下功能梯度多层一维六方压电准晶（PQC）简支纳米板的静态弯曲变形。假设功能梯度材料沿厚度方向呈指数分布。通过采用伪Stroh形式和传播矩阵法，在层间完全接触的假设下，获得了功能梯度多层一维六方PQC纳米板的精确闭式解。给出了由压电晶体、准晶和PQC组成的六种夹层功能梯度纳米板的数值算例，以阐明指数因子、非局部参数和堆叠顺序对声子场、相位子和电场的影响，这些因素在工程设计新型复合结构中具有重要作用。
关键词： 传播子矩阵法、纳米板、功能梯度材料、压电准晶、伪Stroh形式体系、非局部弹性理论、精确解
更新于2025-09-23 04:38:42
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采用原位粉末混合激光粉末床熔融技术实现三维金属-玻璃功能梯度材料构件的增材制造
摘要： 现有的商用粉末床熔融三维（3D）打印系统通常每个组件只能打印单一材料。本文采用自主研发的基于喷嘴的多材料选择性激光熔化（MMSLM）系统，制造了成分从铜合金渐变至钠钙玻璃的功能梯度材料（FGM）。研究设计了一套原位粉末混合系统，能按选定比例混合金属与玻璃粉末，并通过多喷嘴超声振动粉末供给系统输送混合粉末。截面分析显示，梯度结构中玻璃比例从金属基复合材料（MMC）经过渡相逐渐增至陶瓷基复合材料（CMC）。激光加工过程中，纯铜合金与MMC部分结合，纯玻璃相渗入CMC部分并锚定玻璃相——这成为FGM实现3D打印件中纯金属与纯玻璃结合的主要机制。通过对梯度材料样品的压痕、拉伸及剪切测试表明：FGM的力学性能从延展性（金属侧）向脆性（玻璃侧）渐变，其最薄弱部位出现在过渡相与CMC的界面（即延性与脆性相的交界处）。
关键词： 铜-玻璃，粉末床熔融，水平梯度结构，多材料选择性激光熔化，功能梯度材料
更新于2025-09-19 17:13:59
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分层复合材料（材料、制造、工程）|| 4. 激光金属沉积法制备不锈钢基功能梯度材料
摘要： 材料加工技术的最新进展催生了被称为功能梯度材料（FGMs）的先进复合材料。功能梯度材料是一种多层结构，其成分和/或微观结构在材料体积内呈空间梯度变化。本章概述了功能梯度材料的概念及其发展历史，简要介绍了功能梯度材料的当前及潜在应用以及各种分类方法。同时探讨了采用激光金属沉积（LMD）工艺制备功能梯度材料的过程，以及LMD工艺参数对激光加工材料质量的影响。文中还展示了通过LMD制备金属-金属功能梯度材料的相关研究，并呈现了关于激光沉积成分梯度316L/17-4PH合金微观结构与显微硬度的研究成果。
关键词： 激光金属沉积、先进复合材料、微观结构、显微硬度、功能梯度材料
更新于2025-09-16 10:30:52