半无限长旋转杆件中的广义电磁热弹耦合问题

应用Lord 和 Shulman(L-S)广义热弹性理论, 研究半无限长旋转理想杆件的电磁热弹耦合问题. 给出介质中的Maxwell方程组, 建立了L-S型广义电磁热弹耦合的控制方程, 借助拉普拉斯变换和数值反变换技术对问题进行求解, 得到瞬态热冲击作用下半无限长旋转杆件中的温度、 应力、 位移、 感应磁场和电场的分布规律. 结果表明, 介质呈现热的波动性和电磁热弹耦合效应, 由于考虑旋转, 对位移和应力提高较大, 但对杆的感应磁场和电场的影响较小, 对温度基本没有影响.      

分数阶热弹性理论下的广义电磁热弹问题

基于分数阶热弹性理论,就无限长圆柱导体的广义电磁热弹耦合问题的动态响应开展研究.圆柱体置于恒定的外加磁场中,在其表面处受到热冲击作用.给出分数阶理论下问题的控制方程,并运用拉普拉斯变换及其数值反变换技术对控制方程进行求解,得到圆柱体中无量纲温度、位移、应力、感应电磁场的分布规律并用图形进行反映.计算中,重点考查时间和分数阶参数对各物理量变化规律的影响效应.结果表明:分数阶参数对于位移和感应电场的变化有显著的影响,而对于温度、应力和感应磁场的影响不大.     

无限大压电板广义热冲击的二维问题

应用具有一个热松弛时间的L-S广义压电热弹性理论,利用混合拉普拉斯变换和有限元方法,研究了无限大厚压电板受到热冲击时的压电热弹耦合的二维问题.建立了广义压电热弹性耦合问题的变分原理,推导了相应的有限元方程,借助拉普拉斯变换,求解有限元方程,得到温度、位移及电势在变换域中的解,利用拉普拉斯数值反变换,得到了温度、位移及电势的分布,并用图形反映了其分布规律.结果表明,热以有限的速度在压电板中进行传播,同时压电板中呈现出压电热弹的耦合效应.     

两端固定有限长粘弹杆的广义磁热粘弹问题

应用Lord-Shulman(LS)和Green-Lindsay(GL)广义热弹性理论,研究了在磁场中受移动热源作用的两端同定有限长均质各向同性粘弹杆的磁热粘弹动态响应,并与经典耦合理论进行了对比.给出了杆的广义磁热粘弹耦合的控制方程,借助拉普拉斯积分变换及其数值反变换对控制方程进行了求解.计算得到了杆内无量纲温度、应力及位移的分布规律,从其分布图上可以看出时间、热源移动速度以及磁场大小对以上分布规律有一定的影响.     

耦合横向和微旋转波的界面反射与折射

基于广义微极磁热弹模型讨论了两微极弹性固体介质平面界面上耦合横向和微旋转波的反射与折射问题.利用两微极弹性固体平面分界面上位移和应力连续条件,建立了反射与折射波振幅的线性系统方程.数值计算给出各类反射、折射波振幅随耦合横向和微旋转波入射角的变化关系曲线.研究了热松弛时间对反射和折射热波、纵向位移波、耦合横向和微旋转波的振幅比的影响.结果表明,热松弛时间对热波、纵向位移波影响显著,而对耦合横向和微旋转波影响很小.     

热冲击下理想黏结三明治板的分数阶广义热弹性问题分析

为了研究对称热冲击作用下三明治板的广义热弹动态响应,假定三明治板连接界面处为零阻抗理想黏结,材料特性参数随温度变化,采用分数阶广义热弹性理论,给出了层合板广义热弹耦合的控制方程.基于拉普拉斯变换及其数值反变换对控制方程进行求解,得到了无量纲温度、位移及应力的数值解.重点讨论了热传导系数、密度和比热容等材料参数在界面处的变化对热传递及结构响应的影响,同时考虑了分数阶参数及温度相关性参数的影响效应.计算结果表明,温度、位移和应力随界面处材料热传导系数、密度和比热容的减小而增加;分数阶参数对温度和应力的影响较大,对位移影响较小;温度、位移和应力的幅值随温度相关性参数的增大而减小.界面处材料热传导系数、密度和比热容的减小促进热沿板厚方向的传导,分数阶理论和材料的温度相关性对温度、位移和应力的分布影响显著.     

特性参数与温度相关的非局部广义热弹问题的动态响应

基于Green-Lindsay广义热弹性理论和Eringen的非局部弹性理论,研究了材料特性参数与温度相关、受热冲击和应力冲击作用的半无限大体的一维非局部热弹动态响应问题.借助于拉普拉斯积分变换及其数值反变换,经数值求解,得到了无量纲温度、位移、应力的分布规律,并用图形进行表示.分别研究了温度相关的材料特性参数、分数阶参数及非局部效应参数对温度、位移和应力的影响效应,结果表明:温度相关的材料特性参数对各物理量的影响显著;分数阶系数对温度影响较大,对位移和应力影响不大;非局部效应参数对位移和应力有显著影响,对温度影响较小.     

复合材料广义热弹性问题格点型有限体积法研究

基于Lord-Shulman(L-S理论)、Green-Lindsay(G-L理论)及经典热弹性耦合理论(T-C理论),本文发展了一种适用于二维复合材料广义热弹性问题的格点型有限体积法(CV-FVM).运用交错网格技术,待解变量存储在单元节点,物性参数存储在单元中心,控制方程空间项采用双线性四边形单元进行离散,时间项采用欧拉隐式进行离散.针对均质无限大方板热冲击问题,本文对CV-FVM进行了数值验证,计算结果表明,本文发展的数值方法可以很好地捕捉热波波前和弹性波前的温度阶跃特性及热弹耦合特征.本文采用CV-FVM进一步研究了不同梯度系数p下钛合金/氮化硅复合板的热冲击问题,发现L-S理论复合板p=1时预测的功能梯度界面应力最小;T-C、G-L理论下,复合板p=10时预测的功能梯度界面应力最小,不同耦合理论选系数p对界面热弹性行为影响规律并不相同,并非材料线性分布(p=1)时界面应力幅值最小.本文发展的CV-FVM可作为复合材料热波问题和广义热弹性问题求解的一种备用工具.     

实心球体外表面受热冲击作用的广义热弹性分析

基于L-S广义热弹性理论,对实心球体在外表面受均匀热冲击作用下的一维热弹性问题进行研究分析.利用热冲击的瞬时特性,借助Laplace正、反变换技术及贝塞尔函数的极限性质,对控制方程进行解析求解,得到了热冲击作用周期内温度场、位移场及正应力场的渐近解.通过计算得到了热冲击条件下各物理的分布规律以及非傅立叶效应和耦合效应对热弹性响应的影响规律.结果表明,在非傅立叶效应和耦合效应共同影响下,各物理场由波速不同的两组弹性波相互叠加而成,非傅立叶效应的存在削弱了热冲击的作用效果,而耦合效应则在影响热扰动在弹性体内传播的同时也在一定程度上减弱了延迟效应对热冲击的削弱效果.     

双温度广义热弹问题的一维动态响应

基于双温度广义热弹性理论,研究了有限长杆的热弹动态响应问题.杆两端固定,受移动热源作用.给出了双温度广义热弹性理论下问题的控制方程,并借助拉普拉斯积分变换及其数值反变换对控制方程进行求解.经计算,得到了杆内无量纲应力、位移、传导温度、热力学温度随时间和移动热源速度的变化规律.结果表明,杆中的无量纲应力、位移、传导温度、热力学温度随热源速度的增大而减小.     

轴对称平面应变问题的广义热弹性解

超常传热条件下,热扰动在介质内以有限速度传播,导致材料的热力学行为较在常规传热下具有很大的不同.本文围绕轴对称平面应变问题展开研究,借助于Laplace正逆变换及其极限特性以及贝塞尔函数的渐近公式,推导了基于不同广义热弹性理论模型下轴对称平面应变问题的热弹性解,并对包含圆孔的无限大轴对称结构在内表面受热冲击作用的广义热弹性行为进行了分析.研究发现,当热扰动以有限速度传播时,各物理场的分布呈现阶段性分布,且在波前位置处,温度场和应力场存在阶跃现象;对于各物理场的描述,L-S和G-N理论给出相近的结果,而G-L理论则在描述位移场和应力场的分布时给出了反常的结果.利用本文推导得到的热弹性解可以清楚地获取各物理场与特征参量之间的函数关系,并可以准确地捕捉到波前的阶跃行为,便于超常传热行为的理论分析.     

微谐振器纵向振动热弹性耦合分析

对微谐振器在纵向振动时的热弹性耦合进行分析,以悬臂梁为基础,在环境温度为300 K时,对热弹性本构方程进行数值求解,对在纵向振动过程中产生的温度、受热弹性耦合的影响产生的频率漂移、热弹性阻尼进行分析.分析结果发现,在纵向振动过程中,悬臂梁在前3阶振动模态下,温度变化量随着振动模态的升高而增大,在3阶振动模态时,温度变化量约为1.5 K;受热弹性耦合影响,频率漂移比首先随着梁长的增加而迅速增加,然后稳定在1.67×10-4附近;热弹性阻尼最大值约为1.0×10-4.然后,使用COMSOL Multiphysics软件对悬臂梁进行热弹性耦合仿真,并对数值结果进行验证.结果表明,仿真结果与理论计算结果相吻合.      

轴对称零件高温热冲击动态热应力分析

采用泛函分析法，导出非定常温度场热弹性轴对称问题的线性时空有限元基本方程，并开发了预测轴对称零件承受高温热冲击载荷时热弹性动态应力分布的分析软件。在传热方程中不考虑热耦合项的情况下，建立了轴对称零件承受高温热冲击载荷时的有限元分析理论和离散模型。     

功能梯度材料广义热弹性响应

基于Lord-Shulman热弹性理论,选取温度和位移及其一阶导数作为状态变量,结合Laplace积分变换,采用状态空间法建立功能梯度材料的一维广义热弹性响应的层合模型.作为应用,考虑组分材料体积份数按幂率变化的功能梯度无限大平板,数值分析在冲击性热机载荷作用下的温度、应力以及位移响应.结果表明,在冲击性热机载荷作用下,热流延迟项以及组分材料的体积含量变化对功能梯度结构的热弹性响应有着显著的影响.     

用复合变换法求解无界杆热传导问题

应用拉普拉斯变换法和傅里叶变换法的特点，提出复合变换法，并应用复合变换法求解无界杆的热传导问题。     

矩阵法推引L—S耦合原子谱项

首次应用矩阵法推引Ｌ－Ｓ耦合原子谱项，计算结果很好。该法能抓住关键通过手算求出Ｌ－Ｓ耦合原子谱项，最后对计算结果进行了验证。     

脉冲电流烧结Al2O3颗粒的广义热弹性分析

脉冲电流烧结过程的颈部形成机理,特别是非导电粉末材料,是需要着重研究的核心问题。以非导电Al_2O_3粉末为研究对象,引入L-S(Lord and Shulman)型广义热弹性方程,初步探究烧结初期非导电粉末颈部局部高温形成以及快速烧结机理。利用Comsol Multiphysics模拟得到脉冲电流烧结过程中颗粒内部的温度场和应力场分布以及烧结颈部的化学势和空位浓度变化规律。数值结果表明,热以波的形式在烧结颈部产生叠加,形成局部高温。化学势变化表明:烧结初期表面扩散占主要作用,空位浓度差的突变使烧结颈部产生局部空位浓度梯度,促进烧结颈长过程,缩短烧结时间。