毕磊[1]2004年在《热冲击问题的温度场分析与优化设计》文中研究表明在微电子、激光、核电、航天等领域中，高科技元件生产加工过程的热冲击效应越来越受到关注。热冲击与结构耦合系统的设计，是工程中普遍存在的问题，特别是在航空、航天、化工等工业装备以及电子元器件、微电子机械系统等结构和产品的设计制造方面。在数值分析基础上的灵敏度分析、热冲击结构的优化设计以及热冲击参数识别和控制等反问题，是一类具有广泛应用背景的问题。因此，受热冲击影响的结构温度场分析与优化设计数值方法的研究，具有重要的理论和工程意义。 本文研究热冲击问题的温度场分析与优化设计的数值方法，在灵敏度分析与优化设计方法的基础上进行热冲击问题的参数识别，并且在大型有限元分析和结构优化软件系统(?)FEX中实现。本文的研究内容由叁大部分组成：1．研究热冲击问题的温度场分析，阐述热波效应的理论及其表现；2．研究热冲击问题的灵敏度分析与优化设计的数值方法；3．基于灵敏度的热冲击辨识问题求解方法。各章节的内容安排如下： 第一章首先综述了热冲击问题的工程背景，然后分别对近几十年基于傅立叶分析求解热冲击问题的传统方法与考虑非傅立叶效应的求解热冲击问题的非传统方法进行了介绍。随后回顾了热结构优化设计及灵敏度分析的研究现状，接着介绍本文研究的软件平台一结构有限元分析与优化设计系统(?)FEX和本文采用的序列线性和二次规划求解算法，最后概述了本文的研究内容和完成的工作。 第二章针对热冲击问题的特点，在分别介绍傅立叶分析的抛物型热传导方程(弱瞬态热传导方程)与非傅立叶分析的双曲型热传导方程(强瞬态热传导方程)的基础上，阐述了本文求解热冲击问题采用双曲型热传导方程的理论依据与求解特点。 第叁章从空间域与时间域两个方面分析了有限元法与Newmark法求解双曲型热传导方程的理论公式与迭代求解。并就常用的平面四节点等参元讨论了其具体的有限元列式。针对强瞬态热传导与弱瞬态热传导的差别，分析了采用强瞬态热传导方程后短时间内温度分布的热波效应。最后的算例表明，本章的算法精确度很高。 第四章讨论了热冲击问题的灵敏度分析方法。首先介绍抛物型热传导方程灵敏度分析的直接法和伴随法求解格式，然后推导了双曲型热传导方程灵敏度分析的直接法求解格式，接下来介绍了灵敏度分析的半解析方法。最后的算例表明，本章的灵敏度分析算法精确度很高。 第五章研究热冲击结构优化设计的方法。首先介绍了优化模型的建立及求解方法，随后就序列近似规划方法介绍了一些保证收敛的数值技术。最后给出数值算例，计算表明本章的优化设计方法是有效的。 第六章讨论了基于灵敏度的热冲击辨识问题的求解方法。首先提出了该类热传导反问题的模型建立方法及求解方法，然后给出了双曲型热传导方程灵敏度分析的直接法求解格式，随后介绍了本章采用的序列线性规划算法。数值算例结果表明，本章的基于灵敏度的热冲击辨识问题的求解方法是有效的。 第七章总结全文，并展望进一步的研究内容和工作。
寇海江[2]2014年在《复杂故障航空发动机盘片轴系统动力特性及多场耦合研究》文中提出盘片轴系统是航空发动机的关键组成部分,高温、高压和高转速等恶劣环境常常引发各类故障,如碰摩、叶片裂纹及失谐振动等,这极大地影响了航空发动机的稳定运行,并限制了新型航空发动机的发展。对盘片轴系统进行故障机理分析是实现该结构可靠运行的关键途径,具有重要的研究意义。目前,旋转叶片碰摩的解析分析广泛采用梁模型,忽略了叶片沿宽度方向振动的差异性,旋转板碰摩模型的线性、几何非线性理论需要深入研究,尤其热冲击对板碰摩与热冲击耦合故障的影响规律有待进一步研究。随着盘片轴一体化新结构的发展,大规模网格一体化新结构的动力特性和裂纹失效问题研究十分必要。此外,采用Kriging模型的流场与结构场耦合界面的数据传递方法,为解决失谐叶片-轮盘系统的热-流-结构场耦合问题提供了理论基础。本论文针对以上问题开展了盘片轴系统复杂耦合故障下的动力行为研究,涉及结构场与多物理场等多学科理论,包含解析和数值求解方法,研究内容和成果如下：(1)将叶片-轮盘简化为中心刚体-旋转悬臂板模型,基于Hamilton变分原理与梁函数组合法,分别获得了旋转悬臂板碰摩动力行为以及旋转碰摩板热冲击振动的解析解,并与实验结果对比,证明了方法与结果的可靠性。讨论了热冲击和碰摩对薄板振动的影响规律,结果表明：板模型对梁模型进行了扩展,应用更准确、可靠；碰摩振动表现为复杂多频率耦合振动且高频振动较为显着,热冲击引起简单的低频振动,碰摩引起的振动形式较热冲击故障复杂,更容易引起叶片的破坏。(2)提出了一种基于变分原理的旋转大挠度板强迫振动响应求解过程,对比模态分析结果验证了本方法的准确性。开展了旋转大变形板尖端碰摩引起的分岔与混沌现象研究,结果表明：利用二阶非线性系统得到了该结构非线性振动的软特性,利用叁阶非线性系统获得了结构非线性振动的硬特性；碰摩摩擦力是旋转大变形板系统碰摩引起的非线性振动的主要动力；随着碰摩力幅值的增加,旋转大变形板模型表现出十分丰富且复杂的动力行为。(3)建立了受热冲击作用的旋转大变形板碰摩动力学模型,该模型考虑了热冲击对碰摩的影响,通过数值分析验证了本模型的有效性。开展了热冲击下碰摩大变形板的非线性振动分析,结果表明：热冲击导致旋转大变形板碰摩非线性振动随着时间的增加逐渐增大,这加剧了该系统运动的不稳定性,热流量越大这种现象越明显,恒定的温度可以降低碰摩故障的破坏程度。(4)针对大规模网格问题导致计算效率较低问题,提出了一体化新结构动力分析的预应力模态综合法,通过模态分析结果验证了本方法的准确性,并给出了模态截断数的选取原则,开展了振动响应及动应力研究。结果表明：选取模态截断数的原则为各级子结构的模态截断数需要远大于叶片数；引入转轴的作用使叶片动频降低,且存在叶片、整体叶盘及转轴之间的耦合振型；等效气流激励力主要引起所在叶片的强烈振动,最大动应力位于叶片根部及转轴。(5)分析了适用于盘片轴一体化结构的断裂力学理论,讨论了裂纹缺口模型对于裂纹分析结果的有效性,研究了叶片裂纹对整个转子系统动力特性的影响规律。结果表明：采用较小角度的等效缺口模型来建立叶片裂纹损伤模型准确且简便：叶片裂纹导致叶片振动现象的加剧；叶片压强载荷的施加一定程度上降低了叶根中部裂纹扩展的可能性,相比之下,叶片排气边裂纹更容易随叶片压强载荷的增加而引发裂纹扩展。(6)针对等效气流激励不能够准确描述失谐叶盘系统的受载特点,建立了失谐叶盘系统的热-流-结构多物理场耦合系统动力学模型,揭示了失谐叶片结构与流场之间的相互作用规律。结果表明：利用Kriging法进行载荷的传递具有较高的精度；失谐程度的增加明显加剧了各扇区的振动,表现为振动幅值的显着增加；随着失谐程度的加剧,各叶片的振动差异性逐渐增大。
莽珊珊[3]2004年在《强瞬态热冲击下轴对称弹性体的热弹耦合问题研究》文中研究说明超急速传热条件下可能出现的非经典热传递效应因其重要的学术意义和巨大的应用潜力正成为传热领域内新兴的研究热点之一。本文在总结和评述前人研究成果的基础上对空心圆柱体内、外表面温度突变这类超急速传热问题的双曲线非傅立叶导热模型进行了分析求解和数值模拟。分析了空心圆柱体内出现显着的非傅立叶热效应所应具备的条件，提出了一些非傅立叶温度的控制途径。然后用一种解析方法求解了在热冲击作用下空心圆柱体的动态热应力分布，较简便的得到应力波传播的精确解，进而分析了空心圆柱体内的热动应力的响应和分布规律。通过理论分析结果为非傅立叶热冲击的实际应用提供了研究路线，对超急速传热条件下的非经典热传递效应进行了较为系统的研究。
王斌[4]2006年在《启动工况下活塞热负荷问题的研究》文中进行了进一步梳理随着发动机强化指标的不断提高，其整机及主要零部件的可靠性受到了更加严峻的考验。已有的研究工作表明，发动机在频繁起动(尤其是超低温启动)、停车或突加载荷等非稳定工况下，燃烧室表面所承受的热冲击负荷更为严重。因此本文以启动工况下活塞的热负荷问题为对象展开研究。 本文以z175F2型柴油机主要受热零件—活塞的热冲击作为研究对象，在所研制的活塞热疲劳摸拟试验台上，进行了活塞热状态的模拟试验。应用ANSYS软件，通过合理的模型简化，对发动机启动工况下活塞的热冲击状态进行了数值仿真，从理论上探讨了启动温度对活塞热状态的影响。利用模拟计算与试验结果相结合的方法，讨论了适用于低周热冲击模拟的边界条件的载荷模式，获得了接近于发动机启动工况下活塞的温度场与热应力场分布，并模拟计算了超低温启动工况下活塞的热负荷情况。从而更加全面深入地了解在启动工况下活塞的温度场和应力场变化规律。上述试验和理论研究结果将为活塞热损伤的研究打下良好的基础，同时也为探索发动机启动性能和可靠性研究提供了理论和试验手段。 根据本文仿真计算和试验的结果可以得出以下结论： 1、进行启动工况下活塞热状态模拟时，单个工作循环中活塞表面温度的波动对活塞启动工况下热负荷状况分析的影响很小，可以不予考虑，因此可以忽略载荷的周期性，对活塞施加平均载荷或者线性变化载荷。 2、本研究试验对象为175柴油机平顶活塞，其结构相对比较简单，仿真模型的计算精度与边界条件以及初始条件的选取有直接关系，而边界条件以及初始条件的获取则很大程度上依赖于试验。因此，在活塞热冲击的研究上，理论模型的复杂程度并不是主要因素，准确地确定边界条件和初始条件才是模型是否实用的先决条件。 3、发动机启动初期，活塞的热应力呈现较强的动态效应，初始温度越低，活塞内温度升高率越大，活塞内热应力越高；活塞燃烧室喉口受燃气冲刷最强烈，该部位热状态随燃气温度的波动而快速变化。
郑保敬[5]2015年在《功能梯度材料动态热力耦合分析的径向积分边界元法研究及其应用》文中进行了进一步梳理功能梯度材料(FGMs)在高温环境下具有良好的力学性能,它能有效地缓解热应力和残余应力,从而在航空、航天等高新技术领域得到了广泛的应用。功能梯度材料在服役过程中,由于工作环境的原因经常受到热力冲击载荷作用,因此研究功能梯度材料在热力冲击载荷下的动态响应和断裂行为对功能梯度材料的安全使用及其结构的设计和优化有着非常重要的意义。边界元法在数值模拟断裂力学等问题方面具有独特的优势,因而成为科学与工程计算中常用的数值方法之一。使用边界元法分析非均质材料的瞬态问题时因缺乏对应问题的基本解,导致建立的边界积分方程中含有域积分,因此丧失了边界元法只需在边界上划分单元的优势,从而降低了边界元法的求解效率。径向积分法(RIM)能有效地将域积分转化为等效的边界积分,是目前被认为转化域积分到边界积分最有效的方法之一。本文将径向积分法和边界元法相结合,针对功能梯度材料的热力冲击问题,建立无内部网格的纯边界元算法。对功能梯度材料的瞬态热传导问题、弹性动力学问题和耦合热弹性动力学问题逐一进行深入的研究,分别建立对应问题的径向积分边界元法,并将该方法应用于功能梯度材料动态断裂分析。在上述理论基础上本文编制通用的径向积分边界元程序RIBEM,使该程序能适用于功能梯度材料的动态热力分析以及断裂力学等一系列问题。本文工作的具体内容如下：(1)基于均质材料位势问题的基本解推导功能梯度材料瞬态热传导问题的边界-域积分方程,利用径向积分法将因材料的非均质性和扩散项引起的域积分转化为等效的边界积分,建立功能梯度材料瞬态热传导问题无内部网格的径向积分边界元法。经过空间离散后得到关于时间一阶导数的系统微分方程组,使用有限差分法求解该微分方程组获得在各个时刻的数值解。并将该方法应用于含有裂纹结构的瞬态热传导问题,研究裂纹对热传导的影响。通过几个数值算例验证该方法的有效性,同时考核时间步长对瞬态热传导问题计算精度的影响。(2)基于弹性静力学问题的Kelvin基本解推导功能梯度材料弹性动力学问题的边界-域积分方程,利用径向积分法将因材料的非均质性和惯性项引起的域积分转化为等效的边界积分,建立功能梯度材料弹性动力学问题无内部网格的径向积分边界元法。对功能梯度材料结构进行模态分析,并采用Newmark时间积分方案求解离散后的二阶常微分方程组获得结构的动态响。通过数值算例验证该方法的有效性,并研究时间步长对结构动态响应的影响。(3)对于功能梯度材料耦合热弹性动力学问题,基于线弹性耦合热弹性动力学问题的基本方程,同时考虑惯性项和耦合项的影响。在功能梯度材料瞬态热传导问题和弹性动力问题的径向积分边界元法基础上,建立功能梯度材料耦合热弹性动力学问题的径向积分边界元法。由于位移场与温度场是相互影响的,因此运动方程和瞬态热传导方程必须联立求解。数值离散后得到的整体系统代数微分方程组是关于时间的二阶导数,采用Houbo It逐步积分法求解热力冲击载荷下的耦合热弹性动力学问题。通过数值算例验证本文方法的有效性,并讨论热力冲击载荷以及热载荷与机械载荷联合作用下温度场与位移场之间的耦合影响,为耦合热弹性动力学问题的简化计算提供理论依据。(4)在耦合热弹性动力学问题的径向积分边界元法基础上,对功能梯度材料在热力冲击载荷下的动态断裂力学问题进行分析,通过裂纹的张开位移(COD)求解裂纹尖端的应力强度因子(DSIF)。以应力强度因子作为断裂参数,分别研究热力冲击载荷下二维含边缘裂纹和中心裂纹结构以及叁维贯穿裂纹和内埋圆片裂纹结构的动态应力强度因子,为工程设计提供理论依据,拓展边界元法的应用范围。究结果表明：依照本文理论和方法所编制的RIBEM程序可靠,具有稳定性好、计算精度高等优点；该程序不仅适用于均质和非均质材料的耦合热弹性和动态断裂力学问题,又可退化到各种特殊情况,如瞬态热传导问题、弹性动力学问题和准静态耦合热弹性力学问题等,研究的对象包括二维和叁维裂纹体和非裂纹体。
张丽静[6]2010年在《舰炮身管冷却分析与优化》文中提出舰炮发射过程中瞬时产生高温高压火药燃气并作用于火炮身管,其热作用对舰炮武器系统性能的影响显而易见。因此,分析身管的热作用并对其进行冷却对提高身管寿命有重要意义,其发射过程仿真分析结果对火炮的设计研制也具有很大的指导作用。本文以保证身管发射安全性为目的,用海水对舰炮身管进行冷却,以130mm大口径舰炮为研究对象,对射击状态含有冷却液的身管温度场及其热应力进行仿真分析,而后对冷却液的流速和厚度进行优化。主要包括：①利用I-DEAS Master Modeler模块建立舰炮身管的叁维实体模型。②运用传热学、流体力学及热弹性力学相关理论对射击状态身管传热过程进行理论分析。③利用I-DEAS TMG模块综合考虑火药气体传热、身管传热和冷却液冷却作用叁方面,运用有限差分法分析单发和连续发射过程的身管温度场分布。④研究身管的节点温度载荷及火药气体对身管内壁压力载荷的综合作用,运用ANSYS软件分析发射过程身管热结构耦合应力的变化规律。⑤对不同流速、不同厚度冷却液的作用效果进行对比,并运用ANSYS优化设计功能得到冷却液流速和厚度的最优值。本文的研究工作为射击状态身管传热过程的进一步研究提供了理论依据,并对武器系统的设计有一定的指导意义。
付强[7]2010年在《1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究》文中进行了进一步梳理本文系国家杰出青年基金(编号：50825902)、江苏省科技支撑计划(工业部分)(编号：BE2010156)、江苏省高校研究生科研创新计划(编号：CX08B-0632)和镇江市工业科技攻关计划(编号：GY2008002)资助项目部分内容。离心式上充泵是核电站一回路的化学和容积控制系统(RCV)的重要组成部分,是最关键的核电动力设备之一,也是难度仅次于主泵的核安全Ⅱ级设备。离心式上充泵是一种卧式、双壳体、筒状多级离心泵,具有流量小、扬程高、转速高、汽蚀要求高、配套电机功率大的特点,核电规范要求该泵必须要高精度地达到5个工况点的性能,同时还要满足热冲击和抗震要求,技术难度大。目前国内1000MW核电站离心式上充泵全部进口,国产化应用业绩仍为空白。业内公认制约上充泵国产化的最大难题是水力模型样机的研发。另外,上充泵的结构设计、抗热冲击性能、抗震性能和转子扭振等结构可靠性研究也是制约上充泵国产化的重要因素。本文通过对离心式上充泵水力模型开发、水力性能数值模拟、4级水力模型样机的性能和汽蚀试验、转子动力扭振计算、热固耦合计算以及抗震计算等多方面研究,旨在解决制约上充泵国产化的水力设计和结构可靠性等方面的技术难题,为离心式上充泵国产化提供理论基础。本文主要研究工作和创造性成果有：1.全面系统地分析了国内外高温高压双壳体多级离心泵研究进展,介绍了上充泵在1000MW核电站中的重要作用,给出了核电站离心式上充泵在水力性能和结构上的特殊设计要求。在此基础上,针对上充泵水力设计、结构设计、转子系统临界转速计算、热固耦合计算、抗震计算等相关理论发展进行了较全面深入的分析,制定了最终上充泵的结构设计方案。2.对上充泵吸水室8种设计方案内部流场进行了定常流动的数值模拟对比研究。采用RANS雷诺时均方程进行数值求解,以RNG k-ε湍流模型来封闭雷诺应力项,应用SIMPLEC算法进行不可压缩流动压力场的求解,实现了对8种设计方案下叶轮内部流场的叁维粘性湍流数值模拟。通过对设计流量工况及非设计流量工况下8种方案吸水室内部流动速度、压力、湍动能分布的对比分析,发现：较大的吸水室入口可以有效降低水力损失,但环形空间采用弧形和直形结构对水力损失影响不大,计算结果表明,良好的直形环形空间甚至比弧形结构水力损失小。通过对8种吸水室设计方案的分析和评估,为最终进行上充泵首级叶轮优化水力设计提供理论基础。3.首次采用多级离心泵多工况水力设计方法,对上充泵首级叶轮、次级叶轮进行了定常流动和非定常流动的数值模拟对比研究。其中首级叶轮采用8种设计方案,次级叶轮采用8种设计方案。结果表明：首级叶轮的汽蚀性能受叶轮几何结构参数影响较大,另外,导叶进口速度和压力沿周向分布呈明显的周期性波动特征,叶轮出口射流和尾流区的存在与否及所处位置与泵的流量及叶轮结构形式有很大关系,进一步证实了上充泵内从叶轮到导叶整个流场的强非对称流动特征。通过不同设计方案及不同流量工况下的数值模拟对比分析,揭示了叶轮和导叶之间的动静干涉对流场的影响。通过对多个设计方案不同流量工况下的数值模拟,数值预测了离心泵的性能曲线。对上充泵而言,因其要求水力性能满足多个工况点,而常规水力设计方法又不能达到设计要求,因此多工况水力设计方法很好地解决了这一难题,为上充泵水力设计提供了一种新途径。4.为验证上充泵的水力设计,制造了4级上充泵样机,通过外特性实验对上充泵的水力性能试验和汽蚀性能试验研究,并与数值计算的结果进行对比,证明了水力设计的正确性,以及数值模拟的准确性和性能预测的可行性。4级样机水力试验结果经相似换算后与所要求性能参数进行对比结果表明：所要求的5个工况点水力性能达到要求,最大流量工况点发生最大偏差,为4.7%。4级样机利用皮带轮将转速增加到4500 r/min,进行了汽蚀性能试验,汽蚀性能达到设计要求。在此基础上,进行了12级实型上充泵水力性能的数值计算。5.首次对上充泵进行了转子系统临界转速分析。分析计算了几种不同因素对上充泵转子部件固有频率(可转化为临界转速)的影响,然后综合各种条件计算了转子部件的临界转速。经计算,转子部件在弹性支承下的一阶固有频率为253.405Hz,即15204.3 r/min,而上充泵的实际额定转速为4500 r/min,表明上充泵的结构动力学设计是满足设计要求的。另外,支承刚度对转子部件临界转速的影响比较大,准确地简化支承,合理地确定支承的刚度、阻尼矩阵是计算临界转速必不可少的前提。6.首次对上充泵外壳体进行了压力应力分析、瞬态热分析,热应力分析和间接法耦合分析,给出应力迭加法和间接耦合法的应力评定结果与比较。压力应力强度的最大值发生在外壳体端部的内壁节点1849上,总应力强度为42.91 MPa。间接耦合法求解的组合应力强度的最大值也发生在外壳体端部的内壁节点1849上,组合的总应力强度为42.83 MPa。应力迭加法与间接耦合法关于PL+Pb+Q≤3Sm的评定结果基本一致。7.首次对上充泵进行了抗震分析。采用ANSYS有限元软件,针对国内压水堆核电站用双层壳体离心式上充泵,建立了叁维有限元模型,求出了上充泵固有频率和振型,并对上充泵在OBE和SSE地震荷载作用下进行了抗震性能计算分析,计算结果表明：(1)在模态分析中看到上充泵的基频为655.138 Hz,远大于33 Hz,表明上充泵整体为刚性结构。另外,第一阶振型沿水平方向,显示地震作用下的位移响应以水平方向为主。表明在设计阶段考虑增加上充泵水平方向的强度,可以有效减弱地震作用对上充泵的影响。(2)在OBE地震载荷、自重、温度同时作用下,上充泵最大应力响应发生在外壳体中部,为69.13 MPa,按第叁强度理论校核,在许用值内,满足核电厂抗震设计规范二级部件要求；在SSE地震载荷、自重、温度同时作用下,上充泵最大应力响应发生在外壳体中部,为103.47 MPa,按第叁强度理论校核,在许用值内,满足核电厂抗震设计规范二级部件要求,因此上充泵在OBE和SSE地震载荷作用下,能够保证结构完整性和可运行性。(3)计算得到位移最大响应发生在外壳体中部,为0.345 mm,远小于静止部件和转动部件之间的间隙1 mm,说明双层壳体离心式上充泵在结构上满足抗震要求。满足核电厂抗震设计规范二级部件要求,能够保证结构完整性和可运行性。
刘承斌[8]2016年在《压电球壳的若干多场耦合问题研究》文中研究表明压电材料由于其独特的机电耦合特性,被广泛应用于各类传感器、作动器和换能器等技术领域。当层合／功能梯度压电器件工作于复杂的环境中时,需要精确地分析其在外部荷载作用下的多场耦合响应,所得到的结果对于器件设计与优化具有重要的参考价值,所发展的方法对其他新型功能材料结构的研究也具有一定借鉴作用。针对迭层压电球壳的热释电响应问题,建立了基于状态空间列式的叁维求解方法。重点考察了层间弱界面的影响,针对不同物理场引入了不同的弱界面模型,建立层间界面传递矩阵,从而导出整体传递矩阵,并进行精确求解。该方法未采用任何变形假定,计算效率高,可为其他近似解提供有效性验证。将状态空间法分别应用于求解材料参数沿厚度方向按幂律和任意变化的功能梯度压电球壳(FGPM)的热释电响应。对于幂律变化的FGPM球壳,无须利用层合近似,通过巧妙引入新的状态变量,可直接得到精确解。对于任意变化的FGPM球壳,提出了修正的层合近似模型,不仅可以使每一层中的状态方程能够精确求解,而且可保证材料参数在每相邻子层界面处连续,克服了传统层合近似模型的缺陷。分别从频域和时域两个方面考察压电球壳的广义热冲击响应。频域求解时,采用Laplace变换结合频域状态空间列式以及传统的层合近似模型,过程清晰统一,容易推广到迭层及功能梯度球壳情形。时域求解采用了分离变量法和迭加法,能避免拉普拉斯反变换所带来的数值误差,结果显示其可清晰捕捉热传播的前沿波阵面。给出了含弱界面的中空或充液迭层压电球壳耦合振动的叁维解,同样没有采用任何变形假定,仅在求解方程时引入了传统的层合近似模型。理论上随着分层数增多,将逐渐逼近精确解。给出了内含弹性介质、材料参数沿厚度方向幂律变化的FGPM球壳径向振动问题的解析解,其厚度可任意,且密度梯度指标可与其他物理量的梯度指标不同,克服了以往分析中所有材料参数梯度指标假设均相等的局限,同时为调控球壳谐振频率和反谐振频率提供了更多选择。
傅建钢[9]2009年在《基于MARC的复合型裂纹热权函数法与程序系统研究》文中研究表明对热冲击下含有裂纹的结构进行安全性分析受到研究人员的关注。热冲击过程是一个非定常的过程,伴随着很大的温度梯度和随时间急剧变化的温度场,所以,对于裂纹体在经受强烈的热冲击时,裂纹尖端的应力强度因子过渡过程分析是一个非常复杂的工程问题;而目前常用的一些方法来求解该问题的计算工作量非常巨大。因此,研究如何高效求解这个复杂的问题具有非常现实的意义。为了高效的求解热冲击下的应力强度因子过渡过程,本研究采用热权函数法对热冲击下复合型裂纹的应力强度因子过渡过程进行计算。热权函数法是利用温度和热权函数乘积的积分来直接计算热冲击过程中裂纹前缘的应力强度因子过渡过程的一种方法,热权函数只与裂纹体有关,从而免去了对每一时刻所作的有限元或边界元分析,使计算效率得到了极大的提高。本文的主要工作和成果如下:1.研究了热权函数法相关的理论,将热权函数法与有限元法有机结合,给出了热权函数法计算平面复合型应力强度因子的有限元格式。2.研究了国际大型通用有限元分析软件MSC.MARC及其用户子程序。利用MSC.MARC软件及其用户子程序,实现热权函数的计算;利用MSC.MARC软件的热传导分析功能完成温度场分析并提取温度场数据。3.建立了热权函数法计算复合型应力强度因子过渡过程的程序系统。4.对实例进行了研究与讨论,研究结果表明:本文建立的热权函数法计算应力强度因子的程序系统具有极高的计算效率,同时又具有与直接热弹性力学法相当的工程精度。5.本文对热冲击下裂纹体安全性的快速评定方法做了一定的研究,在以后的研究中,可以对叁维复合型问题的热权函数法进行研究,对热载荷与压力联合作用情况下的综合权函数法进行研究。
陈龙淼[10]2005年在《复合材料身管热学性能研究》文中指出身管是火炮的关键部件，在火炮发射过程中，高温、高压的火药燃气在身管内成脉冲式高速流动，使身管受到急剧的加热，引起身管壁内的温度急剧变化，而对于带金属内衬复合材料身管，由于复合材料导热性能较差，更容易引起非均匀温度分布以及较大的温度梯度，产生不合适的变形，也会使身管的金属内衬的工作温度升高，从而使得身管的寿命降低，同时身管的发热会引起其刚度的变化，增大射弹散布。这些成为了复合材料应用在火炮身管中的瓶颈问题。 本文旨在对复合材料身管热学性能进行较为详细的分析和研究。从各向异性复合材料热传导理论出发，建立复合材料身管传热分析基本模型，分析讨论影响带金属内衬复合材料身管热学性能的主要因素，采用有限元方法对复合材料身管进行二维热弹性分析，为复合材料在火炮身管上的应用提供可靠的理论依据。 本文的研究内容及结论主要体现在以下几个方面： 1、采用了一维内弹道模型，把弹后空间的核心流部分考虑为包含气流与身管管壁发生摩擦和热交换的不稳定准一维流，边界层考虑为不稳定、非定常可压缩流，用MacCormack有限差分方法求解，编制程序进行计算，较为准确的得到了复合材料身管固壁瞬态温度场分析内边界条件所需的气流温度和对流换热系数结果。 2、论文以某中口径火炮复合材料身管为设计对象，运用显式的有限差分法建立武器发射时身管瞬态传热模型，并结合多种复合材料身管的热设计方案，编制通用软件，对复合材料身管固壁一维径向温度场进行了数值分析，全面详细讨论影响其热性能的主要因素，并基于复合材料身管为线弹性的前提下，分析了复合材料身管受膛压，高温固化应力和热应力作用下的受力状况，给出了线弹性解析解，完成了复合材料身管综合设计的一个重要部分。 3、对经过综合优化设计后加工的带金属内衬复合材料身管的二维轴对称瞬态温度场和应力场采用有限元数值方法进行了分析，对复合材料身管的热设计方案分析进行验证并对考虑热冲击时复合材料身管的强度进行了校核，结果表明加工的复合材料身管是满足强度要求的，这为实验的可行性提供了理论计算依据。 4、提出了根据数值计算得到的火炮连发时复合材料身管膛壁的峰值温度，来估算身管由于热原因引起身管的烧蚀量，进而预测复合材料身管的寿命。并详细对比分析了多个带金属内衬全复合身管方案寿命，讨论了影响复合材料身管烧蚀寿命的主要因素。 5、论文提出采用添加导热粉末来提高复合材料导热系数并推导了在复合材料树脂基体中添加导热粉末后的材料性能参数模型，分析添加导热粉末后给模拟复合材料身管带来的影响，认为在材料本身热性能达不到要求时，加入金属导热粉末来增强复合材料的导热系数是一种行之有效的措施。
参考文献：
[1]. 热冲击问题的温度场分析与优化设计[D]. 毕磊. 大连理工大学. 2004
[2]. 复杂故障航空发动机盘片轴系统动力特性及多场耦合研究[D]. 寇海江. 东北大学. 2014
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