摘要：两种或多种不同性质材料组成的层状结构可以满足工业发展的需求.然而,材料属性在接触面的突变问题,容易导致层间界面处产生应力集中、裂纹以及分层等问题.功能梯度材料利用连续变化的组分梯度来代替突变界面,可以消除界面处的物理性能突变,提高结构的粘结强度.本文以一维准晶功能梯度层合圆柱壳为研究对象,利用类Stroh公式和传递矩阵方法,建立了材料参数沿径向呈现幂函数变化的层合圆柱壳模型,获得了简支边界条件对应的一维准晶功能梯度层合圆柱壳的热电弹性精确解.数值算例中讨论了层合圆柱壳内外表面承受温度载荷时,功能梯度指数因子对温度场、电场、声子场和相位子场的影响,尤其是对层合圆柱壳内外表面的影响.结果表明,指数因子改变了材料参数的空间分布情况,进而对温度场、电场、声子场和相位子场都有影响;增加功能梯度指数因子,可减小温度载荷引起的内表面变形,进而提升结构强度.本文得到的结果可以为功能梯度准晶层合圆柱壳的设计和制造提供可靠的理论依据.

摘要：振动能量俘获是获取可再生清洁能源的一种有效途径,具有广阔的应用前景,有利于社会的可持续性发展。目前,随机功率谱激励下的高功率密度和宽频能量回收仍然是研究的难点。该研究设计了一种可有效利用宽频振动能量的高功率密度磁浮式俘能器,采用COMSOL Multiphysics软件计算悬浮磁体非线性回复力与位移的关系式,根据磁浮振动系统的控制方程和基尔霍夫定律建立俘能器的数学模型,详细研究了模型参数变化对俘能器性能的影响。随后进行正弦扫频和驻频试验以验证俘能器的发电能力。同时,从俘能器的效率、效能和体积优值3个指标对俘能性能进行评价;并结合实际应用,设计俘能器稳压电路。根据丘陵山区农业机械工作的随机路谱特性,建立随机激励的数学模型,根据响应幅值的概率密度函数的FPK方程表达式,得到了平稳概率密度函数的解。结果表明:在激励频率从9.77到31.75 Hz变化时,俘能器最大输出电压在5.92和21.52 V之间;最大输出功率在10 Hz时达81.93 mW,从5到50Hz,输出功率范围为5.76到81.93 mW;俘能器的效率、效能和体积优值分别为2.85%、9.85%和39.74%;俘能器电压输出的功率谱密度有5个峰值点,对应频率分别为9.80、29.41、36.76、36.76、51.47和71.08 Hz,进一步验证了该研究提出的磁浮式俘能器具有宽频发电性能,并可满足丘陵山区农机设备监测传感器的供电需求。