Thermal Stresses in a Graded Multi-Layered Materials Joint

Abstract

In a joint of different materials thermal stresses occur after a change of the temperature in relation to the joining temperature. Here graded material joints are studied. Graded material joints possess a continuous transition of the material parameters between the layers.

In a graded joint the thermal stresses, caused by a homogeneous change of temperature are calculated analytically based on the plate theory. The influence of the layer thicknesses of the different layers on the thermal stresses is examined, as well the influence of the transition function which describes the distribution of the material parameters in the graded layer.

A method for stress optimization in a three-layer joint is presented.

Thermospannungen in einem gradierten Mehrschichtverbund

Zusammenfassung

In einem Verbund von verschiedenen Materialien treten bei einer Aenderung der Temperatur gegenueber der Fuegetemperatur thermische Spannungen auf. Hier werden im Besonderen gradierte Werkstoffverbunde untersucht. Gradierte Werkstoffverbunde weisen einen kontinuierlichen Uebergang der Materialparameter zwischen den einzelnen Schichten auf.

Die thermischen Spannungen, die in einem Gradientenwerkstoff durch eine homogene Tempraturaenderung entstehen, werden anhand der Plattentheorie analytisch berechnet.

Der Einfluss der Schichtdicken der verschiedenen Schichten auf die Thermospannungen wird untersucht, des weiteren der Einfluss der Uebergangsfunktion, die den Verlauf der Materialparameter in der gradierten Schicht beschreibt.

Ein Verfahren zur Spannungsoptimierung in einem Dreischichtverbund wird beschrieben.