含裂纹功能梯度材料梁结构的振动功率流特性分析

衡 星，朱 翔，李天匀，王 迪

（华中科技大学 船舶与海洋工程学院，武汉 430074）

含裂纹功能梯度材料梁结构的振动功率流特性分析

衡 星，朱 翔，李天匀，王 迪

（华中科技大学 船舶与海洋工程学院，武汉 430074）

功能梯度材料（FGM）梁在工程中应用日益广泛，而梁中裂纹的存在改变了局部刚度等特性，使得功能梯度材料梁的振动和波传播特性发生改变。以含有张开型裂纹的功能梯度梁为对象分析其波传播和振动功率流特性。利用转动弹簧模型模拟裂纹，给出由裂纹引起的局部柔度表达式。建立无限长FGM欧拉梁结构的动力学方程，采用波动法结合梁的连续条件计算得到FGM欧拉梁的振动特性，对无缺陷梁和裂纹梁的输入功率流和传播功率流进行分析。讨论了材料梯度指数、激励频率、裂纹深度和裂纹位置等信息与输入功率流、传播功率流之间的关系,为基于振动功率流的裂纹FGM梁的损伤识别提供理论基础。

振动与波；功能梯度材料梁；裂纹；转动弹簧；振动功率流

功能梯度材料（FGM）由是两种（或多种）性能不同的材料通过连续的改变而组成的一种新型材料，材料的性能沿着厚度方向连续缓慢变化，它是一种非均质的复合材料[1]，自功能梯度材料这一概念提出之后，功能梯度材料在制备、设计、应用等方面受到广泛关注。

功能梯度材料结构中裂纹的存在将会影响结构的刚度和阻尼等特性，并因此影响结构的振动特性。梁结构是工程中常见的结构，近些年来许多学者对含有裂纹FGM梁的振动特性进行了分析。……