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功能梯度材料是一种将多种材料按一定规律结合在一起的新材料。功能梯度材料的结构和物理力学性能按一定规律变化,进而达到了综合各组分材料的优点的目的,是一种非常有前景的新型材料。其力学问题是材料领域和力学领域研究的热点,虽然已经有许多学者采用不同的模型对功能梯度材料的成分分布、物性参数以及力学性质进行了大量的理论与试验研究,但严格把握功能梯度材料性质变化的本质,建立形式简单、适用广泛的模型,并在有限元软件中建立材料库,将所建模型应用到具体工程中的研究还比较少,导致在利用有限元软件模拟分析时,仍需要借助于分层法,致使建模工作量巨大且难以分析结构形式复杂的构件,严重制约了功能梯度材料的推广与应用。基于对功能梯度材料物理—力学性质在空间中变化本质的认识,本文通过合理地描述材料成分在空间中的分布情况,确立材料成分与物性参数之间的关联。将所建立的本构模型在ABAQUS中进行二次开发,初步建立功能梯度材料的材料库,并验证模型的可靠性,为今后在实际工程中的应用奠定基础。为此,本文的主要研究内容如下:(1)总结功能梯度材料力学研究进展,选取简单合理的材料成分分布函数。针对均布荷载作用下和热力耦合作用下的功能梯度材料力学问题,在Mori-Tanaka法的基础上,探索出一套理论严密、形式简单的力学模型;(2)针对均布荷载作用下功能梯度材料的力学问题,以厚壁管为例,建立组分分布函数与Mori-Tanaka法力学模型,利用FORTRAN语言编写UMAT子程序,并与Mori-Tanaka法、Reuss法、Voigt法的解析解以及有限元分层建模法的数值解进行对比,验证所建立模型及相应子程序的正确性、稳定性;(3)针对热力耦合作用下功能梯度材料的力学问题,以厚壁管为例,在Mori-Tanaka法力学模型的基础上建立热力耦合模型。利用FORTRAN语言编写UMATHT子程序,并与Mori-Tanaka法近似解析解以及有限元分层建模法的数值解进行对比,验证所建立模型及相应子程序的正确性、稳定性。