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.     

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.     

基于分数阶理论的两端固定杆热弹动力响应

基于Ezzat型分数阶广义热弹性理论和Green-Lindsay广义热弹性理论,借助拉普拉斯积分变换及其数值反变换法研究了移动热源作用下两端固定的温度相关性杆一维热弹动力响应问题,得到了无量纲位移、应力和温度沿x方向的分布情况。分别研究了分数阶参数α、2个不同的热松弛时间因子τ₀和τ₁、温度相关性参数?以及移动热源传播速度υ对无量纲位移、应力和温度的影响,结果表明：分数阶参数α对所考虑的无量纲物理量均有明显影响;热松弛时间因子τ₀对无量纲温度外的其他2个物理量影响显著,热松弛时间因子τ₁仅对无量纲温度的影响最为显著;随着温度相关性参数?和移动热源传播速度υ增大,各物理量呈逐渐减小的状态。     

分数阶热弹理论下重力对压电介质中波传播的影响

基于分数阶热弹理论,研究了半空间无限大压电介质受周期载荷作用时重力对波传播影响.给出分数阶广义热弹性理论下的控制方程,运用正则模态法对控制方程进行求解,得到了半空间无限大压电介质中的无量纲温度、位移、应力和电位移等物理量的分布规律.重点研究了分数阶参数及重力对各物理量的影响效应.结果表明:半空间无限大压电介质中由于周期...     

航天热防护材料热物理特性的反演

针对在气动加热环境下可重复使用航天热防护材料随温度变化的导热系数和比热容测量问题,基于热传导反问题的思想,结合有限元方法与优化算法,建立了反演随温度变化的导热系数和比热容的方法。通过对高温合金GH4169、铝合金5A06、玻璃钢(高硅氧无碱纤维玻璃布+酚醛树脂)、编织体(2.5D石英编织体+B80树脂)、不锈钢M304进行石英灯辐射加热实验,对比了材料的宏观形貌和密度变化,成功反演出材料比热容和导热系数随温度的变化规律,并将不锈钢M304比热容与导热系数的反演值与测量值相比较,证明了该方法的可行性。利用比热容与导热系数的反演值比较了各材料隔热性能,着重分析了铝合金5A06的比热容和导热系数对结构的温度场和温度梯度的影响。     

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.     

分数阶热弹理论下一维六方准晶杆的动态响应

基于分数阶热弹理论，对两端固定的有限长一维六方准晶杆受到移动热源作用时产生的动态响应进行研究。得到了该问题的控制方程，并利用拉普拉斯变换及其数值反演进行求解。对温度、位移、应力关于时间、热源速度、分数阶参数的扰动情况分别进行图像绘制。结果表明：时间与热源速度一定时，位移、温度、应力都会随着分数阶参数的增加而增加，但分数阶参数对位移产生的影响更小。     

基于变异系数的盘式制动器热-应力耦合场研究

摩擦片材料属性影响着接触压力的不均匀程度,为了更精确地描述接触压力不均匀度,引入变异系数,以此来量化接触压力的不均匀性,并采用控制变量法探讨了变异系数随摩擦片材料属性的变化规律.研究结果表明:温度对接触压力的不均匀性影响很大,考虑温度影响后,接触压力变异系数由21.25%增加到49.51%,较大地增加了接触压力的不均匀性;摩擦片材料属性对变异系数影响明显,随着摩擦片弹性模量、热膨胀系数增加,变异系数逐渐变大;随着比热容、热传导系数、密度增加,变异系数逐渐变小.因此,适当降低弹性模量、热膨胀系数或增加比热容、热传导系数和密度,有利于改善接触压力的不均匀度,从而延长摩擦片使用寿命.     

无限长旋转圆柱体的广义热弹耦合问题

应用Lord和Shulman(L-S)广义热弹性理论,研究无限长旋转圆柱体的热弹耦合问题.建立L-S型广义的热弹耦合的控制方程,借助拉普拉斯积分变换及其数值反变换技术对问题进行求解,得到瞬态热冲击作用下无限长旋转圆柱体中的温度、应力、位移的分布规律.从其分布图上可以看出,介质中呈现出热的波动性和热弹耦合效应,由于旋转效应,位移、应力的幅值有明显提高,而旋转对温度几乎没有影响.     

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.     

材料物理参数对摩擦副热变形影响的研究

为了深入研究材料物理参数对液粘调速离合器摩擦副的热变形影响,建立了摩擦副的热机耦合数学模型,采用有限元法对液粘调速离合器应用于软启动工况时摩擦副的热机耦合过程进行求解,详细分析了热传导系数、弹性模量和热膨胀系数对摩擦副应力场分布的影响。研究结果表明:摩擦副内、外径产生反向轴向位移,位移场中可见碟形翘曲变形;增大对偶片和摩擦衬片的热传导系数均有助于减小摩擦副的热应力;减小对偶片的弹性模量或热膨胀系数能有效减小摩擦副各表面的应力。     

成型温度与水分蒸发对地埋管回填材料热物性参数的影响

地源热泵系统的地埋管回填材料在钻孔内成型过程中会受温度的影响,并且成型后可能伴随水分蒸发的现象,这将影响回填材料的热物性参数。在不同石墨替代水泥率条件下,通过试验研究成型温度与水分蒸发对回填材料热物性参数的影响。结果表明,成型温度的升高有利于地源热泵回填材料表面完整性的改善和密度的增加。在相同石墨替代水泥率条件下,随着成型温度的升高,成型后与干燥后的回填材料的热物性参数(导热系数、比热容、热扩散系数)均随之增加。在石墨替代水泥率为10%、13%、16%、19%、22%的前提下,以成型温度5℃为基准,当成型温度为30℃时,成型后和干燥后的回填材料导热系数最大分别上升了14.58%和37.49%,比热容最大分别上升了2.52%和3.34%,热扩散系数最大分别上升了11.79%和36.23%。干燥减小了回填材料物性参数,并且成型后与干燥后的回填材料热物性参数的差值随着成型温度的升高而减小。     

短圆柱壳在热冲击作用下动力响应的计算机模拟

利用LS-DYNA作为求解器在HP-C360工作站上完成了轴对称圆柱壳受高速热冲击作用的计算机模拟，得到了位移时程曲线和单元的应力时程曲线，并与已有的结果进行了比较，还得到了在不同边界条件下线热膨胀系数、热传导系数以及比热容对位移和应力的影响。为热冲击问题的进一步研究提供科学依据。     

基于温度及应力约束的功能梯度材料壳热分析*

为了推进功能梯度材料在导弹热防护结构设计中的应用,旨在研究温度和应力约束条件下功能梯度材料板的最佳设计变量。首先研究功能梯度材料物性参数随温度的变化规律,在此基础上探讨陶瓷体积分数指数、弹体厚度及热流密度对热传导温度的影响,分析温度约束下的最佳设计变量;同时,探讨确定热流密度下陶瓷体积分数指数、弹体厚度对功能梯度材料壳热应力的影响,分析热应力约束条件下的最佳设计变量。结果表明,体积分数指数大于5后,增大指数热防护效果不再明显,增大弹体厚度可以降低温度,但也会增加导弹整体质量,在同等量级的热流密度下,设计热防护层时不必使用同种厚度。     

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.      

煤岩导热特性实验及其对围岩温度场影响

为研究煤和岩石的导热特性对围岩温度场的影响,选取多个矿井的煤、岩样品,采用LFA457型激光导热系数测试仪测定不同温度下煤和岩石的热物理参数.根据实验得到的煤岩热物理参数,采用数值模拟的方法研究围岩热物理参数对围岩温度场的影响规律.研究结果表明:煤的热扩散系数和导热系数远小于岩石的热扩散系数和导热系数,而煤的比热容普遍高于岩石的比热容;煤和岩石的热扩散系数和导热系数均随着温度的升高而呈幂函数关系减小,而其比热容随着温度的升高呈线性增加.围岩热物理参数不同时,调热圈半径与围岩热扩散系数呈幂指数关系递增,壁面与风流温差随蓄热系数增加而线性增大.     

材料热工参数对混凝土箱梁横截面温度场的影响

为研究导热系数和比热容对混凝土箱梁横截面温度场的影响,总结了国内外文献中导热系数和比热容的取值范围,实测了某座混凝土桥的箱梁横截面温度日变化曲线,建立有限元模型开展参数分析。分析结果表明,随导热系数增大或比热容减小,顶板和腹板上部的温度日变化曲线峰值增大,峰值出现时间提前。材料热工参数对腹板下部和底板温度日变化曲线的影响可忽略。当导热系数介于1.0～2.0 W/(m·℃)或比热容介于800～1 000 J/(kg·℃)时,温度日变化曲线有限元计算值与实测值吻合较好。材料热工参数对横截面平均温度曲线最大值的影响可忽略,但对横截面竖向正温度梯度曲线影响较大。随导热系数或比热容增大,顶板和底板正温差减小,对腹板影响可忽略。比热容的影响小于导热系数。     

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.     

高速动车组制动盘瞬态温度与应力场计算

针对高速动车组制动盘在制动过程中因温度急剧上升,使制动盘受热膨胀产生热应力,最终出现热裂纹而导致制动盘失效的问题,根据热传导理论、弹性力学变分原理及热应力理论,分析制动盘在各界面上产生的热传导、对流和辐射换热以及受热膨胀产生的热应力。依据实际几何尺寸,建立制动盘的循环对称三维瞬态计算模型,考虑弹性模量、比热容、导热系数和线胀系数等材料参数随温度变化的影响,利用大型有限元分析软件ANSYS模拟制动盘的制动过程,分析计算制动盘温度与应力的分布,并通过试验得到验证。仿真结果表明:高速动车组在时速为200 km/h下紧急制动,制动后40 s制动盘最高温度达到416℃,制动后60 s最大应力达到651 MPa,所设计的制动盘满足强度许用应力要求。     

徐州丰县地区浅层土热物理性质测试与分析

土体的热物理参数对浅层地热能开采、工程建筑的施工、设计等都有着重大的意义,研究土体的热物理性质需紧密结合土体的含水量、密度等参数。文章通过现场对徐州浅层土体的导热系数、比热容、导温系数进行测定,结合相关室内实验,对实验数据进行相关拟合,研究并分析了导热系数、比热容、导温系数随密度、含水率的变化特征。研究表明:随着土体密度的增加,导热系数直线递增,比热容先递增后下降,与密度呈二次函数关系;在土体含水率增加的过程中,导热系数先递增后趋于稳定,比热容呈明显的直线递增趋势;土体导温系数的增减取决于导热系数λ和ρc因子(密度和比热容的乘积)的比值,该试验导温系数随含水率和密度整体呈上升趋势。试验结果定量统计了徐州丰县地区热物理性质参数的变化特征,可为地热系统及存在热流传播的地下工程提供理论指导。