基于状态空间理论的功能梯度圆筒热弹性分析

发布时间：2021-12-28 02:12

　　本文研究了材料属性沿径向任意变化的功能梯度圆筒受轴对称温度荷载和机械荷载时的稳态和瞬态热弹性问题。基于热传导方程、热弹性方程、平衡方程,并引入热流密度,建立了圆筒热弹性轴对称平面应变问题的状态空间理论。在稳态条件下,通过将圆筒分层和材料参数离散化,推导了功能梯度圆筒热弹性稳态问题的状态空间解;在瞬态情况下,通过在空间域内对圆筒分层和在时域内应用差分格式对控制方程进行离散,建立了系统的状态方程,得出了功能梯度圆筒热弹性瞬态问题的状态空间解。利用稳态条件下的状态空间解,分别给出了钢管混凝土圆筒、功能梯度层合圆筒在稳态条件下的温度、径向位移、径向应力和环向应力的分布情况,并将本文解与有限元结果进行了对比。另外,还进一步讨论了材料参数和表面对流系数对圆筒温度场和弹性场的影响。利用瞬态情况下的状态空间解,分别给出了功能梯度圆筒、功能梯度层合圆筒和组合钢管混凝土柱的温度、径向位移和径向应力在不同时刻的分布情况,并将功能梯度圆筒的状态空间解与现有文献中的解进行了对比。算例表明,本文方法在材料参数沿径向任意梯度变化圆筒的稳态和瞬态热弹性分析中不但结果正确,而且计算效率高。圆筒内温度场、位移场和应力场的... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

圆柱坐标中的导热微元体分析

【参考文献】：
期刊论文
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[2]组合实心圆柱体热传导瞬态分析的状态变量法[J]. 盛宏玉,李和平,叶建乔,巫绪涛.  上海交通大学学报. 2011(02)
[3]一维杆的纵向热弹性动力响应瞬态分析[J]. 盛宏玉,李和平,叶建乔,柳兆涛.  安徽建筑工业学院学报(自然科学版). 2010(03)
[4]层状介质热传导瞬态分析的一种新半数值解法[J]. 盛宏玉,李和平,叶建乔,张长会.  合肥工业大学学报(自然科学版). 2010(05)
[5]任意梯度分布功能梯度圆环的热弹性分析[J]. 彭旭龙,李显方.  应用数学和力学. 2009(10)
[6]有限长FGM圆筒的热/机应力的解析解[J]. 邵珠山.  应用力学学报. 2006(01)
[7]梯度功能材料及其在机械工程中的应用[J]. 夏永红,金卓仁,程继贵,毛样武.  机械工程材料. 2001(05)
[8]陶瓷/金属功能梯度材料圆筒的热应力分析[J]. 吕运冰,张开银,肖金生,温冬生.  应用数学和力学. 1999(04)
[9]陶瓷/金属梯度层的热应力分析及缓和特性设计[J]. 张开银,吕运冰,肖金生,温冬生.  长沙交通学院学报. 1999(01)
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博士论文
[1]功能梯度混凝土立井井壁承载性能研究[D]. 张宁.华北电力大学 2012
[2]功能梯度材料相关的几个动静态问题分析及结构优化[D]. 彭旭龙.中南大学 2010

硕士论文
[1]热机耦合下功能梯度圆筒结构的动力学行为分析[D]. 饶燕妮.湖南大学 2012



本文编号：3553197