急速热冲击下材料的传热及力学特性的分析

发布时间：2017-09-19 23:27

  本文关键词：急速热冲击下材料的传热及力学特性的分析

  更多相关文章： 热质 广义热弹性 热惯性 热-力耦合 解析解

【摘要】：为了准确描述近年来出现的一些激光脉冲、微波加热技术以及器件结构小型化所涉及的热弹性问题,研究学者基于超常传热的物理机制,提出了各种考虑热以有限速度传播的广义热弹性理论。但这些理论大多在稳态下退化为经典的热弹性理论,不能准确揭示微尺度下材料传热特性和热弹性特性。鉴于此,本文依据热质概念,认为热量具有等效的质量。这样可以运用牛顿力学的分析方法对广义热弹性问题开展研究工作,对于热弹性问题的研究给出了新的思路和方法。本文对于急速热冲击下诱发的传热及力学特性进行了研究。基于热质概念,充分考虑了热流运动的惯性效应,推导了基于热质概念的热传导控制方程,建立了基于热质概念的热-力非耦合热弹性模型和热-力耦合热弹性模型。利用这些模型不仅可以描述急速热冲击问题,而且可以描述极高热流密度下的稳态问题。现选取一半无限大体作为研究对象,建立了半无限大体在外表面温度突变加热边界条件下的热传导偏微分方程、运动方程以及本构方程。采用Laplace正、逆变换技术,结合超常传热的瞬态特性进行渐近处理。首先推导了基于热质概念的热传导模型下温度场的解析表达式。然后,考虑到工程实际需要,推导了非耦合热弹性模型下位移场、热应力场的解析表达式。最后综合考虑温度与应变的耦合,推导了耦合热弹性模型下各物理量场的解析表达式。在相同计算条件下分别采用数值求解的方法对上述给出的模型进行了分析,并把所得结果与解析解进行对比,验证了解析解的正确性。通过对各物理量场的解析求解,定性分析了急速热冲击诱发的时间惯性和空间惯性以及耦合效应对各物理量场分布的影响。由于考虑热质运动的时间惯性和空间惯性以及耦合效应,它们对温度场、位移场、热应力场建立的时间、分布、阶跃值、阶跃间隔以及热波波速、弹性波速都有一定的影响。另外与应用比较广泛的L-S广义热弹性模型作对比分析,充分揭示了热质运动的空间惯性对各物理场分布的影响。
【关键词】：热质 广义热弹性 热惯性 热-力耦合 解析解
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 主要符号9-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 非傅立叶热传导理论研究12-13
• 1.2.2 非傅立叶热传导理论研究方法13-14
• 1.2.3 广义热弹性理论研究14
• 1.2.4 广义热弹性理论研究方法14-16
• 1.3 本文结构安排16-18
• 第二章 基于热质概念的非傅立叶热传导问题分析18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 基于热质概念的非傅立叶热传导模型18-21
• 2.3 基于热质概念的非傅立叶热传导模型的求解及分析21-30
• 2.3.1 问题的提出21-22
• 2.3.2 问题的求解22-25
• 2.3.3 方法的验证25-26
• 2.3.4 结果分析与讨论26-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 基于热质概念的热力非耦合热弹性问题分析31-48
• 3.1 引言31
• 3.2 非耦合热弹性控制方程的导出31-34
• 3.3 非耦合热弹性问题的求解及分析34-46
• 3.3.1 问题的提出34
• 3.3.2 问题的求解34-38
• 3.3.3 方法的验证38-41
• 3.3.4 结果分析与讨论41-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第四章 基于热质概念的热力耦合热弹性问题分析48-64
• 4.1 引言48
• 4.2 耦合热弹性控制方程导出48-49
• 4.3 耦合热弹性问题的求解及分析49-62
• 4.3.1 问题的提出49-50
• 4.3.2 问题的求解50-53
• 4.3.3 方法的验证53-55
• 4.3.4 结果分析与讨论55-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 结论与展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 在学期间发表的学术论文及其他科研成果71

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本文编号：884559