本文關(guān)鍵詞：熱荷載作用下壓電材料非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)特性研究

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【摘要】：近年來隨著諸如高溫壓電陶瓷、航天壓電電子元件等在高溫環(huán)境中的應(yīng)用與發(fā)展,加熱過程中溫度對壓電材料的性能會產(chǎn)生很大影響,為了分析壓電構(gòu)件在邊界熱載荷作用下溫度和熱流密度的分布情況,研究壓電材料的非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)就顯得非常重要。首先,本文將哈密頓辛對偶理論應(yīng)用到二維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題中,從瞬態(tài)熱傳導(dǎo)基本方程出發(fā),通過引入對偶變量,在辛幾何空間中,采用分離變量法和本征展開方法,將原問題的求解最終歸結(jié)為哈密頓算子矩陣的本征值與本征解問題,推導(dǎo)了哈密頓體系下適用于任意跨厚比的二維非穩(wěn)態(tài)問題的解析解。探討不同跨厚比、不同時間步長情況下溫度和熱流密度的分布規(guī)律,并與已有解進行比較。考慮到非零本征值本征解具有局部性特點,進一步討論不同跨厚比、不同時間情況下溫度和熱流密度分布的端部效應(yīng)問題。然后,利用數(shù)值方法建立壓電材料力-熱-電耦合力學(xué)分析模型,基于傳熱學(xué)瞬態(tài)溫度場的固體導(dǎo)熱微分方程,推導(dǎo)出二維耦合場的有限元基本方程,考慮外載荷分布取呈高斯分布的激光源和邊界二次分布及線性分布,對其瞬態(tài)熱特性響應(yīng)問題進行分析。數(shù)值算例選擇PZT的性能參數(shù),考慮上下邊界固支,左右第一類溫度邊界下的溫度分布、電場分布、應(yīng)力以及位移分布,并與已有解進行對比分析。研究結(jié)果表明,辛方法是研究瞬態(tài)熱傳導(dǎo)過程中溫度場的一種非常實用的解析方法,其求解得到的公式表達簡單,計算速度快,并且結(jié)果的收斂性非常好。更進一步溫度與熱流密度的端部效應(yīng)隨距離衰減比較快,而長度較短時,端部效應(yīng)影響到了整個區(qū)域；隨著時間的增大,平面的溫差逐漸減小,溫度的端部效應(yīng)衰減的比較快,但是熱流密度的端部效應(yīng)幾乎沒有變化。固支壓電板在第一類邊界熱載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力、位移和電場受溫度場的影響較大,但是它們對溫度的分布幾乎沒有影響。本文的研究為壓電材料的設(shè)計與優(yōu)化提供了理論依據(jù)和參考。
【學(xué)位授予單位】：寧夏大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號：1295761