| 热障涂层活塞热应力高阶控制体有限元法研究 |
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| 引用本文： | 刘琦,杜雁霞,齐文亮,刘磊,肖光明. 热障涂层活塞热应力高阶控制体有限元法研究[J]. 四川大学学报(自然科学版), 2021, 58(6): 064004 |
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| 作者姓名： | 刘琦 杜雁霞 齐文亮 刘磊 肖光明 |
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| 作者单位： | 中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室,绵阳621000;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,哈尔滨150001;中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室,绵阳621000;中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所,西安710065 |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金(11972359, 11972361); 国家数值风洞工程 |
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| 摘 要： | 为研究热障涂层（thermal barrier coating, TBC）活塞热应力问题，本文发展了一种针对复合材料热力问题的三维高阶控制体有限元法(CV-FEM). 我们基于10点高阶四面体单元，对控制方程数值离散过程做了详细推导; 利用交错网格技术，将待解变量及材料物性参数分别存储在单元节点以及单元中心; 采用高阶CV-FEM对圆环热应力问题进行了数值验证，计算结果与ANSYS吻合良好; 数值模拟了层和型及功能梯度型（functional graded material, FGM）活塞热应力问题. 结果表明：活塞的最大温度位于燃烧室与活塞顶面的交界区域；最大应力位于粘结层附近，改变层和型TBC活塞材料组分、材料分布或改变FGM TBC活塞的材料梯度系数，均不能有效降低最大应力幅值；通过在粘结层内引入材料属性由金属基体材料到粘结剂材料过渡的FGM，可以有效降低层合型及功能型TBC活塞涂层内应力幅值，使应力幅值下降20%～30%，改善了应力集中问题.
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| 关 键 词： | 有限体积法 高阶单元 热应力 功能梯度材料 活塞 |
| 收稿时间： | 2021-05-12 |
| 修稿时间： | 2021-06-29 |
High-order control volume finite element method for thermal stress analysis of the piston with thermal barrier coating |
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| LIU Qi,DU Yan-Xi,QI Wen-Liang,LIU Lei and XIAO Guang-Ming. High-order control volume finite element method for thermal stress analysis of the piston with thermal barrier coating[J]. Journal of Sichuan University (Natural Science Edition), 2021, 58(6): 064004 |
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| Authors: | LIU Qi DU Yan-Xi QI Wen-Liang LIU Lei XIAO Guang-Ming |
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| Abstract: | |
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| Keywords: | Finite volume method High-order element Thermal stress Functional graded material Piston |
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