功能梯度圆筒热弹性问题的状态空间解

文章研究了功能梯度圆筒受轴对称温度荷载时的热弹性问题。基于热传导方程、热弹性方程、平衡方程和引入热流密度,建立了圆筒热弹性轴对称平面应变问题的状态空间理论,得到了材料参数沿径向任意梯度变化圆筒热弹性问题的状态空间解。算例验证了文中解的正确性和有效性。文中方法可推广到任意梯度圆筒的瞬态热应力和热动力响应分析。     

微极弹性理论平面问题的通解

以哈密顿系统、状态空间法为基础的现代控制理论，其数学问题与弹性力学的某些问题具有相似的结构．为了得到微极弹性理论平面问题的通解，本文建立了微极弹性理论平面问题的哈密顿状态方程，并对此方程实施分离变量法得到方程的通解．本方法的特色在于越过了弹性力学问题通常采用的半逆法而直接得到问题的解析解．     

狗屈肌腱的力学特性初探——一维拉伸下的应力与应变关系

根据狗屈肌腱在一维拉伸状态下的实验曲线,利用拟弹性理论,建立了肌腱在一维状态下的本构方程。获得了弹性模量和最大断裂强度等一些反映肌腱特性的实际的力学参数。     

不同模量理论广义弹性定律的深入研究

传统不同模量理论中基于主应力方向建立的本构方程,仅能表述主应力方向的应力应变关系,并未体现出其他方向的应力应变特性,不能有效表征拉压不同模量问题的力学本质.基于此,在主应力方向的本构方程基础上,利用应力及应变的转轴公式,推导了基于不同直角坐标系下的拉压不同模量本构方程的具体形式,也即广义弹性定律.经理论验证,此广义弹性定律揭示了拉压不同模量问题既是非线性问题也体现出各向异性的力学性质;并且在拉压模量相等时可以回退到经典弹性理论本构方程,而基于主应力方向建立的本构方程是广义弹性定律中的特例.针对不同模量理论中不甚明晰的剪切模量和泊松比-弹性模量比值的假设,应用所得到的广义弹性定律对纯剪应力状态进行了力学分析,分析表明:在基于最大或最小剪应力方向的直角坐标系下,剪应力与剪应变成线性关系,剪切模量保持不变;并结合微元体纯剪变形的几何关系,证明了假设即拉泊松比与拉模量之比等于压泊松比与压模量之比在纯剪受力状态下是自然满足的.     

单模光纤在弯曲和扭转状态下的极化特性

本文应用修正耦合模理论建立了弹性变形单模光纤中的场方程,导出了椭圆纤芯单模光纤在弯曲和扭转状态下的双折射和极化色散的计算公式.理论计算值与实验值吻合得较好.     

均匀温度场中弹性直杆非线性振动解析解

针对均匀温度场中弹性直杆非线性振动方程, 采用迭代法得到对应的算子,导出满足该方程及其初始条件的解答,用不动点理论论证了解答的存在性和唯一性,并给出与近似法对比的计算结果.研究结果表明,该方法迭代格式简洁,对弹性直杆热膨胀状态下的非线性振动问题的研究有一定的实用价值.     

电磁热弹性壳的齐次状态向量方程和等参元列式

为简化求解电磁热弹性壳齐次状态向量方程的方法，先通过电磁热弹性材料广义的H—R变分原理推导了非齐次的状态向量方程，进一步考虑热平衡方程与导热方程中变量的对偶关系，通过增加方程的维数，将非齐次方程转化为能独立求解的齐次方程．同时，直接将温度梯度关系写进电磁热弹性材料广义的本构关系中，通过构建一个新的变分原理，方便地导出了电磁热弹性壳齐次的四节点等参元列式．实例分析说明了齐次方程方法数值结果的稳定性和精确性．     

基于Boltzmann方程在外加电场和磁场作用下热传导及电磁热弹性理论

从Boltzmann方程出发,应用缓变场中自由电子近似推导出金属电磁介质材料的电-磁-热耦合的热传导定律.结合能量方程和弹性理论方程给出几种典型的多场耦合的电-磁-热弹性理论的基本方程,如抛物线型、双曲线型以及双向相位延迟型的电磁热弹性理论的基本方程.     

瞬态热冲击下热电材料梁的温度场及热应力分析

基于热电材料特性,通过热电平衡方程和本构方程,得出热电材料梁瞬态模型的控制方程.采用分离变量法结合模型的初始条件和边界条件求出热电材料梁的非线性瞬态温度场,根据热应力理论分析求出瞬态热应力场,利用数学软件MATLAB给出了热电材料梁的呈抛物线分布的瞬态温度场和瞬态热应力场的特性曲线,研究了热冲击载荷下的热电材料梁在热电耦合环境中的热应力分析.讨论了不同时刻温度场和应力场随厚度的变化,以及对比p型和n型Bi₂Te₃热电材料梁热应力特性曲线.结果表明:瞬态温度场受其瞬态项的影响随厚度增加有增有减;瞬态温度场和瞬态热应力场随时间的增加最终趋于稳态不再随时间变化;趋于稳态后的Bi₂Te₃热电材料梁的热应力最值大于瞬态下的热应力最值;p型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力总是大于n型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力.     

四边简支矩形基础板的三维线弹性解

本文从三维弹性理论的基本方程出发,通过把Fourier级数与状态空间法相结合,给出了基于Winkler假设的四边简支矩形基础板的精确解。     

簧片式热电偶的浮动理论

分析簧片式热电偶在测量运动物体温度时测头的受力特性,建立了测头的动力学模型．根据模型,列出了簧片下气体运动的无量纲雷诺方程,并利用二维泰勒展开式和有限差分法对其进行了分析．为减小热电偶测头的磨损和增长其使用寿命,根据测量时簧片的受力情况提出了热电偶簧片的浮动理论,并利用力平衡原理实现了簧片变形量的优化．同时以某热电偶为例,进行了实际分析,得出了气体浮力的分布情况和簧片的最佳变形量．     

半导体制冷系统电极非稳态温度场的数值分析

针对热电制冷系统中电偶极在电场与温度场的耦合作用下非稳态温度变化特性 ,重新推导和分析了热电制冷过程的微分方程式 ,进行了数值模拟和计算 ;详细地分析了几个非稳态工况对冷端温度影响的因素 ;通过对其非稳态数值的模拟和分析 ,得出了热电制冷系统的冷热端在非稳态过程中的基本变化规律     

n型CaMnO3基氧化物热电材料研究进展

n型CaMnO3基氧化物是一种具有优异高温热电性能的n型热电材料体系,从CaMnO3基热电氧化物晶体结构、物性、电子结构、电热传输理论以及Ca位掺杂、Mn位掺杂、Ca和Mn位复合掺杂优化其电热输运性能的角度,综述了n型CaMnO3基热电氧化物的最新研究进展,给出了存在的问题和今后研究的方向.     

汤姆逊效应和附加热阻对热电模块性能的影响

针对热电模块运行过程中的影响因素,考虑汤姆逊效应和陶瓷板、金属导流片、接触表面等产生的附加热阻,建立了新的热电能量平衡方程,并据此研究了汤姆逊效应与附加热阻对热电模块的输出功率、热电转化效率及效率的影响规律.结果表明:在本文计算条件下,汤姆逊效应及附加热阻对热电模块性能的影响随着热电模块工作电流的增加而增大;同时,汤姆逊效应和附加热阻均使得热电模块的最大输出功率、最大热电转化效率对应的最佳工作电流减小,这一点在热电发电装置的设计时必须予以考虑.     

NaxCoO2热电性质的第一性原理研究

热电材料能够进行热能与电能的直接转化,对其进行理论研究对实际应用具有指导意义.NaxCoO2是一种新型的热电功能材料,近年来逐渐成为研究的热点.本文在基于密度泛函理论的第一性原理电子结构研究的基础上,利用恒定弛豫时间近似条件下的线性波尔兹曼方程研究了这种材料体系的热电性质,得出了其热电功率在确定温度下作为Na原子含量的函数.     

半导体材料优值系数对热电堆发电循环效率的影响

从半导体能量微分方程出发,推导出半导体热电发电循环效率与材料优值系数ZT之间的关系,指出目前半导体热电发电循环效率较低的原因及提高途径,为今后提高半导体热电发电循环的性能奠定了基础。     

直流梯度磁场对Al合金热电势的影响

研究了Al合金的热电势在直流梯度磁场中的行为.结果发现:在直流梯度磁场作用下,Al-289%Fe合金熔体的热电势降低;关闭磁场,降低的热电势没有立刻回升,而是在保持一段时间不变后,才缓慢恢复到施加磁场前的初始值.温度越高,热电势增速越快,增量越多,回归速度也越快.这种磁效应,在不同温度、不同成分的Al合金熔体(包括纯Al)中被普遍观察到;而在固态纯Al和Al合金中尚未观察到这种效应.在均匀磁场作用下,液态Al合金的热电势也没有发生变化.根据局域理论,定性地解释了磁场对合金熔体热电势的影响.     

球形温度场对平面温差发电器热电计算模型的影响

为了解决现有热电模型不能计算球形温度场中平面温差发电器热电输出的问题,建立了球形温度场中平面温差发电器的热电输出计算模型。仿真测试表明,建立的球形温度场中平面温差发电器输出模型的计算误差不超过10%。基于所建模型,研究了形成球形温度场的点热源的位置变化对平面温差发电器热电输出的影响。结果表明,增加点热源与温差发电器热端的距离,平面温差发电器输出的电流和功率大致呈指数规律减小;增加点热源与温差发电器的位置偏角,平面温差发电器输出的电流和功率大致呈抛物线规律减小。     

考虑需求侧响应的热电联供型微网经济优化运行

热电联供(combined heat and power,CHP)微网是提高可再生能源利用率以及实现能源转型的有效途径之一,具有广阔的应用前景。为保证其经济、灵活、高效运行,需对CHP微网进行合理的系统优化。为此提出考虑热、电负荷需求侧响应CHP微网多目标优化方法,热电负荷需求侧响应模型基于建筑物热力学模型,同时考虑可转移负荷的调度。在此基础上,建立基于热电负荷需求侧响应的多目标混合整数线性规划模型,采用所提复合粒子群算法求解。算例仿真结果表明,应用热、电负荷需求响应可以使供电、供热的灵活性大大提升,并且降低了系统经济运行成本。