夹FGM层的金属/陶瓷ECBF复合板稳态热应力

用有限元法和辛普生法研究了ECBF(不能自由伸长但可自由弯曲)力学边界下中间夹FGM层的金属/陶瓷复合板的稳态热应力问题,检验了研究方法的正确性,给出了该材料复合板的稳态热应力场分布(Ta=850K,Tb=1750K).结果表明:FGM层厚度的增加,对ECBF复合板的稳态热应力影响不明显;当功能梯度材料组分的分布系数M=1时,热应力曲线平缓而光滑,当M=0.1和10时,热应力曲线出现明显的转折点和起伏;随着FGM层孔隙率的增大,三层板的衔接界面处,热应力变化增大,曲线出现尖角,并达到峰值,陶瓷侧的最大拉应力增大三倍;与金属/陶瓷二层复合板界面处热应力出现突变相比,夹FGM层的金属/陶瓷复合板的热应力非常缓和.此结果为该复合板的设计和应用提供了准确的理论计算依据.     

EFBC边界下金属-FGM-陶瓷复合板稳态热应力

用有限元法和辛普生法研究了EFBC力学边界下中间夹FGM金属/陶瓷复合板的稳态热应力问题,检验了研究方法的正确性,给出了该材料复合板的稳态热应力场分布(Ta=400 K,Tb=1 700 K).结果表明:FGM层厚度的增加,对EFBC复合板的稳态热应力影响不明显;当M=1时,热应力曲线平缓而光滑,当M=0.1和10时,热应力曲线出现明显的转折点;随着FGM层孔隙率的增大,三层板的衔接界面处,热应力变化增大,曲线出现钝角,金属侧的最大拉应力增大38.9%,陶瓷侧的最大压应力增大32.67%.与金属/陶瓷二层复合板界面处热应力出现突变相比,夹FGM金属/陶瓷复合板的热应力非常缓和.此结果为该复合板的设计和应用提供了准确的理论计算依据.     

基于分层线性离散模型的FGM板断裂力学分析

为对功能梯度材料(FGM)板进行断裂力学分析,提出了施加温度场建立FGM板分层线性离散模型的方法.采用该方法、梯度有限元法和常规有限元法对FGM板的应力场和位移场进行对比分析,结果表明该方法简便可行.在所提方法的基础上,采用扩展有限元法求解含裂纹FGM板的位移场,再利用位移外推法计算裂纹尖端的应力强度因子,通过上述方法对不同材料梯度参数、裂纹尺寸、裂纹倾斜角的FGM板裂纹尖端应力强度因子进行数值模拟.计算结果表明,合理地选择FGM板的梯度参数并控制裂纹尺寸能有效降低裂纹尖端应力强度因子.所提出的方法可推广应用于材料梯度分布为任意连续变化的FGM板断裂力学分析.     

含币形裂纹功能梯度材料的轴对称接触问题

目的:研究含币形裂纹功能梯度材料的轴对称接触问题。方法:对功能梯度材料进行分层,通过Hankel变换及其逆变换求得各子层及均匀半空间的位移和应力分量,并将所研究问题转化为带Cauchy核的奇异积分方程。结果:求解方程可得裂纹尖端应力强度因子,并讨论裂纹位于涂层中间时,梯度涂层的分层数、涂层和裂纹面上剪切模量比值对应力强度因子的影响。结论:数值算例显示:梯度涂层剪切模量按指数形式变化时将梯度涂层分8层就可保证精度;可调节裂纹面附近材料剪切模量实现材料的抗断能力。     

梯度涂层板的热应力分析与优化

以金属/陶瓷梯度涂层板为例,用解析法获得了梯度涂层在稳定工作状态的温度场和热应力分布。结合小种群遗传算法,以梯度涂层各中间梯度层的组分和厚度作为优化设计变量。在保证梯度涂层隔热性能的基础上,选择合理的梯度组成分布,控制材料内部的热应力,对梯度涂层板进行优化,得到了相应的优化结果,为梯度材料热应力缓和优化设计提供指导。     

基于遗传算法轴对称梯度功能材料优化设计

基于计算数学理论与热弹性原理, 针对环状截面梯度功能材料(FGM)提出了热应力分布公式.以沿坐标轴的最大热应力达到最小为目标,建立了轴对称FGM多目标优化模型. 应用遗传算法实现了优化设计, 获得了稳态温度场下环状截面FGM的最佳材料分布参数.     

基于VC++6.0缓和热应力型FGM空心球体智能化设计

根据梯度功能材料的热应力模型,材料物性参数数据库,通过VC 6.0开发一个缓和热应力型的智能化设计系统,实现缓和热应力型FGM设计的智能化和系统化.     

任意梯度分布极正交各向异性空心圆球的热应力

为了对极正交各向异性空心圆球的热弹性问题进行研究,不同于以往的研究,假设材料热机械性能沿径向以任意函数变化,首先得到用径向应力表示的径向位移和环向应力,再代入平衡方程,得到关于径向应力的Fredholm积分方程,对其求解得到极正交各向异性功能梯度空心圆球的热应力数值解。通过和材料参数沿径向呈幂函数变化的解析解比较,验证了该方法的有效性和精度。算例重点分析了材料梯度参数及各向异性度对结构热应力场的影响。研究结果表明,在仅温度变化时,内外材料确定的空心圆球内最大热应力随梯度参数的变大而减小,随各向异性度的增大而增大。因此,可通过改变结构材料性能分布,使结构内部热应力均匀化,并降低结构整体热应力。     

ZrO2-ZiCrAl系功能梯度热障涂层界面残余热应力研究

研究用等离子喷涂方法制备Ｚｒｏ２－ＮｉＣｒＡｌ系功能梯度热障涂层的不同梯度过渡层之间,以及与基体之间界面的残余热应力和功能梯度热障涂层厚度、组分对残余热应力的影响．方法来用热弹性有限元方法．结果所设计的功能梯度热障涂层的界面残余热应力得到有效缓和．结论对于所要保护的基体,可用有限元数值分析结果选择适当的功能梯度材料体系．     

基于无网格方法的涂层接触问题研究

建立了含有表面织构的涂层的接触力学模型,将无网格理论与求解接触问题的线性规划方法相结合对模型进行了数值求解. 研究了涂层的材料、厚度及表面织构对接触压力和涂层-基体系统应力状态的影响. 结果表明:随着涂层与基体弹性模量比(E_c/E_s)增大,沿对称轴在涂层和基体界面处的应力梯度逐渐增大. 随着涂层厚度的增加,界面处应力梯度先增大后减小. 弹性模量比和涂层厚度对界面处的剪应力和Mises应力也有很大的影响. 减小表面织构间的间距能够降低涂层和基体内的最大Mises应力.      

考虑热探针接触热阻的热物性测量方法研究

提出了基于考虑接触热阻的热探针导热微分方程的精确解,利用蒙特卡罗反演和分层修正的热探针热物性测量方法,可以同时测量热导率、比热容等热物性参数.利用该方法,对一些液体和固体材料的热导率进行了测量,并与其他测量方法的结果进行了分析与比较.结果表明,采用该方法所得热导率具有较高的精度,平均测量误差约为1.1%;进而针对比热容反演精度较低的问题,论文采用分层修正方法后,比热容的平均测量误差可达到2.6%,精度有了较大提高.对测量结果进行比较发现,接触热阻对固体热导率影响较大,对液体热导率的影响可以忽略;接触热阻对比热容的测量结果的影响不大.     

生物组织热导率的脉冲衰减法测量

采用脉冲-衰减法测量生物组织的热导率，通过合理设计测量电路、选择电路参数，可以使脉冲输入期间探头输入功率的变化小于1％．当测量工况变化时，探头输入功率会产生较大变化，为此，提出了改进的脉冲衰减法．采用本方法，还可以适当提高脉冲输入期间探头的输入功率以增加探头温升，从而减少探头输入功率测量误差以及温度测量段温度测量误差的影响，提高热导率的测量精度．测量结果表明，由于脉冲-衰减法在推导时没有考虑探头尺寸的影响，造成热导率的测量值偏大；为此，进一步给出了一种热导率的测量值的简单修正方法，经修正后的热导率的最大误差为4．25％，平均误差为2．05％．     

动态热环境人体热感觉的模糊综合评判

为研究动态热环境下人体心理反应预测,基于模糊集理论及人与周围热环境瞬时热量传递的合理分析,提出一种动态热环境中人体热感觉模糊综合评判的方法。在本质上,人体外表面同周围环境之间换热热流通量的变化决定了人体在热环境中热感觉值的变化规律。该方法选取换热热流通量变化值作为特征变量,因而降低了求解问题的复杂度。数值模拟算法采用分层递阶模块式结构、基于知识的推理系统和模糊信息并行处理,具有结构简单、易修改扩充、计算速度快和占用存储空间少等优点。将模拟结果同微气候环境室的实验数据相比较,验证了算法的有效性。     

热辐射在倾斜通道热流场的作用

针对热辐射是通道内热流场的重要影响因素之一,采用实验和数值计算方法对倾斜角度为10°、20°和30°的两端开口通道内热流场进行了研究。使用基于大涡模拟(LES)求解浮力驱动N S方程的数值模拟方法求得的模拟结果和实验值吻合较好。通过使用耦合热辐射模型的数值计算结果和忽略热辐射的数值计算结果分别与实验结果进行对比分析的方法发现,在热源一定的条件下,对于倾斜角度在10°～30°之间的通道,热辐射使通道上部高温区域的温度降低,随着倾斜角度的增大,热辐射对通道低端开口上壁面附近的影响作用减弱,而倾斜角度对于热辐射在通道高端开口上壁面附近的作用则影响不大,同时,在通道倾斜角度为30°时,热辐射使通道内高温区域向高端开口方向倾斜,并使通道高端的下部温度升高。整个实验和计算结果可为倾斜通道内热流场的理论研究提供参考依据。     

热分析技术在电子设备热设计中的应用

在传热学理论的基础上,介绍了Icepak的特点及求解过程.以笔记本电脑为例,利用Icepak软件对电子设备的计算域进行仿真,并对其进行了热分析,讨论了散热方式的选择和具体的热设计,最终使其满足温度控制的要求.     

热压碳化硼的热导率和膨胀系数

用激光闪烁法测定碳化硼的导热系数,用DF 1500膨胀仪测定热膨胀系数,研究了其热导率与温度、孔隙度和晶粒度的关系.研究结果表明:碳化硼热导率与温度的关系可表示为1/λ=2+0.0055t或1/λ=(6.28t+1840)×105;热导率与孔隙度的关系可表示为λ=λs(1-θ)/(2+2.2θ)或λ=λs(1-1.5θ);当θ=0.08,且在室温时,碳化硼平均热膨胀系数为4.4×10-6/K,从而可保证该材料在快中子反应堆中安全使用.     

热能去毛刺机理

热能去毛刺,是利用高压容器里的氢、氧混合气爆燃时所产生的瞬间高温(约3600K),将金属零件的毛刺去除。本文从理论上计算了爆燃温度,讨论了影响去毛刺效果的诸因素     

基于重要抽样法的热防护系统热可靠性评估方法

热防护系统的可靠性直接影响到高超飞行器的安全性和结构完整性。为提高热防护系统可靠性分析的效率,在之前研究的基础上提出了基于重要抽样(Importance Sampling,IS)的热可靠性评估方法,给出了该方法的具体实施流程和评价方法,有效解决蒙特卡洛法(Monte Carlo method,MC)对于低失效概率问题分析效率过低的问题。以典型的非烧蚀热防护系统为例,在考虑材料、几何尺寸不确定性的情况下进行了热可靠性分析,验证文中方法的有效性。计算结果表明,要得到同等置信度的失效概率结果,重要抽样法所需的抽样次数仅为传统蒙特卡洛法10%,大大提高了可靠性分析的效率。     

复合材料层合板的热变形非线性分析

采用交替非线性分析有限元法研究了复合材料层合板在瞬态热载作用下的热变形问题。通过数值结果讨论表明，在研究热载作用下复合材料层合板热变形分析时必须考虑复合材料的热物理和力学机械性质随温度变化的非线性特征。     

识别材料导热系数和导温系数的温度场逆分析

为了识别材料导热系数和导温系数,采用观测温度同时识别材料导热系数和比热容,在建立同时确定导热系数和比热容的肯态温度场逆分析数值计算模型的基础上,引入混沌优化方法求解该优化模型。以克服阻尼牛屯等方法求解该模型所遇到的困难,在瞬态温度场正问题求解中采用了精细积分方法以提高计算精度,算例验证了本文方法的有效性。