移动热源的数值模拟方法与程序设计

发布时间：2020-10-20 20:24

　　 在传热学应用范围内,热源处于移动状态的情况比较多见。特别是两个物体相互作用时,热源会随摩擦作用产生并相互转移。例如:活塞与缸体内壁的摩擦作用,刹车盘与刹车片的摩擦作用,切削加工时刀具与工件的相互作用。移动热源广泛存在于各种机械行业、核反应堆、航空航天、铁路、汽车、电力工业等领域的摩擦接触部件中,对结构的力学性能具有重要影响。因此,开展对移动热源的研究是十分必要和迫切的。本文采用自主编写的程序对移动热源进行数值模拟,研究了两种典型移动热源问题的瞬态温度场以及温度变化规律。主要的研究内容有:(1)采用伽辽金法离散控制微分方程将控制方程转换为可以进行数值求解的有限元方程。运用多载荷步方法对处于移动热源边界条件上的单元进行处理,实现了移动热源边界条件的数值模拟。(2)利用C++计算机语言开发了计算程序,并嵌入现有的有限元软件平台,最终实现移动热源的数值模拟。(3)选取两种典型的有移动热源作用(相互作用的薄板和汽车制动时的制动盘)的案例进行计算,在现有的FER/View后处理软件下进行分析,研究接触界面的瞬态温度场以及温度变化规律,从而验证算法的有效性。
【学位单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK124;TP311.1
【部分图文】：

西南交通大学硕士研究生学位论文 第 3 页1.2.2 移动热源的具体意义如前文 1.2.1.3 所述，热传导共有 3 种边界条件。在本文中研究的移动热源问题为：第二类边界条件作用的空间位置随时间发生变化，以及第二类边界条件的具体数值也随时间发生变化。也即是在不同时间存在热流密度的位置和大小不同。这类情形比较多见。例如：在切削加工时，刀具与被切削的工具之间的作用。工件高速旋转，刀具与被加工工件之间剧烈作用，会产生大量的热量，如果对工件进行传热的模拟，则可以把产生的热量当成第二类边界条件处理，也就是在工件上有热量密度，且热量密度作用的区域随时发生变化，这就是本文所述的移动热源。同样，在汽车制动时，刹车盘的摩擦作用，摩擦会产生热量，而摩擦的位置又随时间发生变化，因此，也可以看作是有移动热源的作用。类似的例子还有很多，例如活塞与燃烧室内壁的作用、滑动轴承中轴瓦与轴颈的作用等。

西南交通大学硕士研究生学位论文 第 3 页1.2.2 移动热源的具体意义如前文 1.2.1.3 所述，热传导共有 3 种边界条件。在本文中研究的移动热源问题为：第二类边界条件作用的空间位置随时间发生变化，以及第二类边界条件的具体数值也随时间发生变化。也即是在不同时间存在热流密度的位置和大小不同。这类情形比较多见。例如：在切削加工时，刀具与被切削的工具之间的作用。工件高速旋转，刀具与被加工工件之间剧烈作用，会产生大量的热量，如果对工件进行传热的模拟，则可以把产生的热量当成第二类边界条件处理，也就是在工件上有热量密度，且热量密度作用的区域随时发生变化，这就是本文所述的移动热源。同样，在汽车制动时，刹车盘的摩擦作用，摩擦会产生热量，而摩擦的位置又随时间发生变化，因此，也可以看作是有移动热源的作用。类似的例子还有很多，例如活塞与燃烧室内壁的作用、滑动轴承中轴瓦与轴颈的作用等。

西南交通大学硕士研究生学位论文 第 3 页1.2.2 移动热源的具体意义如前文 1.2.1.3 所述，热传导共有 3 种边界条件。在本文中研究的移动热源问题为：第二类边界条件作用的空间位置随时间发生变化，以及第二类边界条件的具体数值也随时间发生变化。也即是在不同时间存在热流密度的位置和大小不同。这类情形比较多见。例如：在切削加工时，刀具与被切削的工具之间的作用。工件高速旋转，刀具与被加工工件之间剧烈作用，会产生大量的热量，如果对工件进行传热的模拟，则可以把产生的热量当成第二类边界条件处理，也就是在工件上有热量密度，且热量密度作用的区域随时发生变化，这就是本文所述的移动热源。同样，在汽车制动时，刹车盘的摩擦作用，摩擦会产生热量，而摩擦的位置又随时间发生变化，因此，也可以看作是有移动热源的作用。类似的例子还有很多，例如活塞与燃烧室内壁的作用、滑动轴承中轴瓦与轴颈的作用等。
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本文编号：2849118