组分、加热时间及温度对2D-FGM板热应力的影响

发布时间：2017-10-12 02:50

  本文关键词：组分、加热时间及温度对2D-FGM板热应力的影响

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【摘要】：耐热FGM是一种常用于高温环境的功能梯度材料,在核反应堆、航空航天、内燃机和燃气机、高温发动机等领域均有应用。由于耐热FGM的工作环境温度极高,内部温差非常大,因此分析该材料组成结构的热传导及热应力问题非常重要。本文中,首先建立了研究2D-FGM板的研究模型。其次,带入边界条件和基本方程。之后,采用加权余量法得到变分方程。并且在空间域内进行单元离散,采用变分有限元法,在时间域内,采用有限差分法。用插值函数表示出温度和位移,并且以此为基础得出热弹性问题的有限元法方程,采用FORTRAN77软件编写计算程序。通过数值计算与分析,研究在第一类热边界条件下二维FGM平面常物性瞬态加热时FGM的热应力的分布规律以及影响材料热应力分布的因素。得出以下结论:不论是在单独上边界加热,或是上下边界同时加热,甚至是四侧边界都加热的情况下,整个功能梯度材料板内的加热热应力均为压应力。不论是改变组分系数,还是改变加热时间,或是改变加热温度函数。对最小压应力的影响几乎都是非常小的,最小压应力一直维持在-40MPa到-50MPa左右。其中组分xm的变化对最大加热热应力的影响几乎可以忽略不计。对最大加热热应力的影响最大的因素为组分ym。并且上边界上的加热温度函数对最大加热热应力的影响也并不十分明显。加热时间对只有上边界加热情况下的加热最大热应力的影响十分明显,在上下两侧加热的情况下对最大加热热应力的影响就变的不十分的明显了,在四个边界都加热的情况下加热时间对加热产生的最大热应力的影响就几乎可以忽略不计了。
【关键词】：FGM 常物性 有限元法 热应力 组分
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 功能梯度材料简介及优点11-12
• 1.1.1 功能梯度材料简介11-12
• 1.1.2 功能梯度材料的优点12
• 1.2 研究现状与发展历程12-14
• 1.2.1 FGM结构研究13
• 1.2.2 FGM热传导研究13
• 1.2.3 FGM热应力研究13-14
• 1.3 FGM的设计与制备方法14-15
• 1.4 FGM的应用及前景15-16
• 1.5 本课题的提出16-18
• 1.5.1 研究背景16
• 1.5.2 研究内容16-17
• 1.5.3 研究方法17
• 1.5.4 本课题的创新性17-18
• 1.6 本章小结18-19
• 第2章 热传导问题的有限元基本方程及解法19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 傅里叶定律19-21
• 2.3 定解条件21-23
• 2.3.1 第一类边界条件22
• 2.3.2 第二类边界条件22
• 2.3.3 第三类边界条件22-23
• 2.3.4 初始条件23
• 2.4 热传导微分方程23-25
• 2.5 常物性功能梯度材料热传导问题的变分定理25-26
• 2.6 FGM平面热传导有限元基本方程26-31
• 2.6.1 整体离散和单元温度差值函数26-28
• 2.6.2 单元上的积分计算28-30
• 2.6.3 整体合成30-31
• 2.7 本章小结31-33
• 第3章 热应力问题的有限元基本方程及解法33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 常物性FGM热应力问题的变分定理33-34
• 3.3 FGM热应力问题的有限元基本方程34-42
• 3.3.1 整体离散和单元位移差值函数35-37
• 3.3.2 单元上的积分计算37-40
• 3.3.3 单元整体合成40-41
• 3.3.4 节点上的应力计算41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 分析模型和物性参数43-49
• 4.1 引言43
• 4.2 计算模型的选取43-44
• 4.3 模型网格划分44-45
• 4.4 二维FGM物性值预测45-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 正确性检验49-65
• 5.1 引言49
• 5.2 温度场检验49-53
• 5.2.1 瞬态温度场的分离变量解49-52
• 5.2.2 温度场具体算例与结果对比52-53
• 5.3 热应力问题的正确性检验53-63
• 5.3.1 热应力的分析解法53-58
• 5.3.2 简支梁热应力分析58-62
• 5.3.3 简支梁热应力结果对比62-63
• 5.4 本章小结63-65
• 第6章 二维常物性FGM热应力数值计算与分析65-85
• 6.1 引言65
• 6.2 平面结构和加热边界条件的确定65
• 6.3 组分、加热时间及加热温度对 2D-FGM板加热热应力的影响65-84
• 6.3.1 组分、加热时间及温度对上边界加热FGM板加热热应力的影响65-71
• 6.3.2 组分、加热时间及温度对上上边界加热FGM板加热热应力影响71-77
• 6.3.3 组分、加热时间及温度对四周边界加热FGM板加热热应力影响77-84
• 6.4 本章小结84-85
• 结论与展望85-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-93
• 个人简介93-95
• 攻读硕士期间发表论文95-96

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本文编号：1016244