發(fā)布時間：2017-10-12 02:50

  本文關(guān)鍵詞：組分、加熱時間及溫度對2D-FGM板熱應(yīng)力的影響

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【摘要】：耐熱FGM是一種常用于高溫環(huán)境的功能梯度材料,在核反應(yīng)堆、航空航天、內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)鈾C(jī)、高溫發(fā)動機(jī)等領(lǐng)域均有應(yīng)用。由于耐熱FGM的工作環(huán)境溫度極高,內(nèi)部溫差非常大,因此分析該材料組成結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)及熱應(yīng)力問題非常重要。本文中,首先建立了研究2D-FGM板的研究模型。其次,帶入邊界條件和基本方程。之后,采用加權(quán)余量法得到變分方程。并且在空間域內(nèi)進(jìn)行單元離散,采用變分有限元法,在時間域內(nèi),采用有限差分法。用插值函數(shù)表示出溫度和位移,并且以此為基礎(chǔ)得出熱彈性問題的有限元法方程,采用FORTRAN77軟件編寫計算程序。通過數(shù)值計算與分析,研究在第一類熱邊界條件下二維FGM平面常物性瞬態(tài)加熱時FGM的熱應(yīng)力的分布規(guī)律以及影響材料熱應(yīng)力分布的因素。得出以下結(jié)論:不論是在單獨上邊界加熱,或是上下邊界同時加熱,甚至是四側(cè)邊界都加熱的情況下,整個功能梯度材料板內(nèi)的加熱熱應(yīng)力均為壓應(yīng)力。不論是改變組分系數(shù),還是改變加熱時間,或是改變加熱溫度函數(shù)。對最小壓應(yīng)力的影響幾乎都是非常小的,最小壓應(yīng)力一直維持在-40MPa到-50MPa左右。其中組分xm的變化對最大加熱熱應(yīng)力的影響幾乎可以忽略不計。對最大加熱熱應(yīng)力的影響最大的因素為組分ym。并且上邊界上的加熱溫度函數(shù)對最大加熱熱應(yīng)力的影響也并不十分明顯。加熱時間對只有上邊界加熱情況下的加熱最大熱應(yīng)力的影響十分明顯,在上下兩側(cè)加熱的情況下對最大加熱熱應(yīng)力的影響就變的不十分的明顯了,在四個邊界都加熱的情況下加熱時間對加熱產(chǎn)生的最大熱應(yīng)力的影響就幾乎可以忽略不計了。
【關(guān)鍵詞】：FGM 常物性 有限元法 熱應(yīng)力 組分
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 功能梯度材料簡介及優(yōu)點11-12
• 1.1.1 功能梯度材料簡介11-12
• 1.1.2 功能梯度材料的優(yōu)點12
• 1.2 研究現(xiàn)狀與發(fā)展歷程12-14
• 1.2.1 FGM結(jié)構(gòu)研究13
• 1.2.2 FGM熱傳導(dǎo)研究13
• 1.2.3 FGM熱應(yīng)力研究13-14
• 1.3 FGM的設(shè)計與制備方法14-15
• 1.4 FGM的應(yīng)用及前景15-16
• 1.5 本課題的提出16-18
• 1.5.1 研究背景16
• 1.5.2 研究內(nèi)容16-17
• 1.5.3 研究方法17
• 1.5.4 本課題的創(chuàng)新性17-18
• 1.6 本章小結(jié)18-19
• 第2章 熱傳導(dǎo)問題的有限元基本方程及解法19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 傅里葉定律19-21
• 2.3 定解條件21-23
• 2.3.1 第一類邊界條件22
• 2.3.2 第二類邊界條件22
• 2.3.3 第三類邊界條件22-23
• 2.3.4 初始條件23
• 2.4 熱傳導(dǎo)微分方程23-25
• 2.5 常物性功能梯度材料熱傳導(dǎo)問題的變分定理25-26
• 2.6 FGM平面熱傳導(dǎo)有限元基本方程26-31
• 2.6.1 整體離散和單元溫度差值函數(shù)26-28
• 2.6.2 單元上的積分計算28-30
• 2.6.3 整體合成30-31
• 2.7 本章小結(jié)31-33
• 第3章 熱應(yīng)力問題的有限元基本方程及解法33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 常物性FGM熱應(yīng)力問題的變分定理33-34
• 3.3 FGM熱應(yīng)力問題的有限元基本方程34-42
• 3.3.1 整體離散和單元位移差值函數(shù)35-37
• 3.3.2 單元上的積分計算37-40
• 3.3.3 單元整體合成40-41
• 3.3.4 節(jié)點上的應(yīng)力計算41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 分析模型和物性參數(shù)43-49
• 4.1 引言43
• 4.2 計算模型的選取43-44
• 4.3 模型網(wǎng)格劃分44-45
• 4.4 二維FGM物性值預(yù)測45-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第5章 正確性檢驗49-65
• 5.1 引言49
• 5.2 溫度場檢驗49-53
• 5.2.1 瞬態(tài)溫度場的分離變量解49-52
• 5.2.2 溫度場具體算例與結(jié)果對比52-53
• 5.3 熱應(yīng)力問題的正確性檢驗53-63
• 5.3.1 熱應(yīng)力的分析解法53-58
• 5.3.2 簡支梁熱應(yīng)力分析58-62
• 5.3.3 簡支梁熱應(yīng)力結(jié)果對比62-63
• 5.4 本章小結(jié)63-65
• 第6章 二維常物性FGM熱應(yīng)力數(shù)值計算與分析65-85
• 6.1 引言65
• 6.2 平面結(jié)構(gòu)和加熱邊界條件的確定65
• 6.3 組分、加熱時間及加熱溫度對 2D-FGM板加熱熱應(yīng)力的影響65-84
• 6.3.1 組分、加熱時間及溫度對上邊界加熱FGM板加熱熱應(yīng)力的影響65-71
• 6.3.2 組分、加熱時間及溫度對上上邊界加熱FGM板加熱熱應(yīng)力影響71-77
• 6.3.3 組分、加熱時間及溫度對四周邊界加熱FGM板加熱熱應(yīng)力影響77-84
• 6.4 本章小結(jié)84-85
• 結(jié)論與展望85-87
• 致謝87-89
• 參考文獻(xiàn)89-93
• 個人簡介93-95
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文95-96

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本文編號：1016244