基于L-S理论的压电球壳广义热冲击分析

基于L-S广义热弹性理论,针对压电球壳受表面球对称热冲击作用下的热弹性问题进行分析.从三维压电弹性理论基本方程出发,利用Laplace变换,建立耦合的6阶状态方程;采用层合近似模型,将状态方程转化为关于径向坐标的常系数状态方程.利用界面连续条件得到球壳内、外状态变量的整体传递关系,结合球壳内、外边界条件,可以确定频域内所有状态变量,通过数值反变换获得时域解.数值算例给出热冲击作用下压电球壳的位移、应力、电势和温度等物理量的分布规律,考察热松弛时间对热冲击作用效果的影响.

圆柱外表面受热冲击问题的广义热弹性分析

基于L-S广义热弹性理论,针对实心圆柱体在外表面受均匀热冲击作用下的一维广义热弹性问题进行研究分析.利用热冲击的瞬时特征,借助于Laplace正、反变换技术及柱函数的渐近性质,推导了热冲击作用周期内温度场、位移场和应力场的渐近表达式.通过计算,得到了热冲击条件下各物理场的分布规律以及延迟效应和耦合效应对热弹性响应的影响规律.结果表明:当考虑延迟效应和耦合效应时,热扰动将以两组速度不同的波的形式向前传播,延迟效应和耦合效应对各物理场的建立时间,阶跃间隔和阶跃峰值均产生影响,且延迟效应和耦合效应均在一定程度上削弱了热冲击的作用效果.

弹性模量受温度影响有限长杆的广义热弹耦合问题

应用Lord和Shulman(L-S)广义热弹性理论,研究了材料特性参数随温度线性变化的两端固定杆受移动热源作用时的热弹动态响应.计算得到了杆内温度及位移的分布规律,分析了移动热源速度、弹性模量以及热松弛时间对温度和位移的影响.从分布图上可以观察到,温度及位移随移动热源速度的增大而减小,随温度变化的弹性模量对位移有显著的影响,而对温度几乎没有影响;无量纲温度、位移的峰值随热松弛时间的增加而增大.

实心球体外表面受热冲击作用的广义热弹性分析

基于L-S广义热弹性理论,对实心球体在外表面受均匀热冲击作用下的一维热弹性问题进行研究分析.利用热冲击的瞬时特性,借助Laplace正、反变换技术及贝塞尔函数的极限性质,对控制方程进行解析求解,得到了热冲击作用周期内温度场、位移场及正应力场的渐近解.通过计算得到了热冲击条件下各物理的分布规律以及非傅立叶效应和耦合效应对热弹性响应的影响规律.结果表明,在非傅立叶效应和耦合效应共同影响下,各物理场由波速不同的两组弹性波相互叠加而成,非傅立叶效应的存在削弱了热冲击的作用效果,而耦合效应则在影响热扰动在弹性体内传播的同时也在一定程度上减弱了延迟效应对热冲击的削弱效果.

热冲击作用下非均质圆筒的广义热弹性分析

基于L-S广义热弹性理论,研究了非均质圆筒在热冲击作用下的广义热弹性问题。利用状态空间技术和有限差分格式,获得了材料性质沿径向任意梯度变化圆筒的一维广义热弹性解。通过算例分析,给出了延迟效应和耦合效应以及材料的梯度形式对圆筒内的温度和应力沿径向分布和随时间变化的影响。分析表明:延迟效应可反映热波以有限速度传播,波前形成巨大的温度梯度,并与弹性波相互作用引起尖峰应力;耦合效应在最初阶段或耦合系数较小时对温度传播影响较小,但会削弱尖峰应力的峰值;改变材料梯度可有效降低热冲击对圆筒内应力的影响。

与温度相关的非均质圆筒的非线性耦合广义热弹性分析

基于能量守恒方程和L-S广义热弹性理论,借助状态空间技术和Newmark法求解了材料性质沿径向任意梯度分布同时又与温度相关的非均质圆筒非线性耦合广义热弹性问题。通过对材料性质与温度无关和相关功能梯度圆筒的算例分析,给出了在线性和非线性耦合下圆筒内温度和应力沿径向和随时间的变化关系,验证了本文解的正确性和有效性。数值结果表明,考虑材料性质是否与温度相关,能量守恒方程中耦合项是线性还是非线性,得到的温度与应力均存在不同程度的差异。本文解可方便地应用于不同边界条件和初始条件下圆筒的广义热弹性分析。

半无限长压电杆的瞬态热冲击问题

采用具有一个热松弛时间的L S广义热弹性理论 ,研究了一维半无限长压电杆在一端受到热冲击时的边值问题 .借助拉普拉斯正、反变换技术 ,在所考虑时间非常短的情况下 ,对问题进行了求解 ,得到了压电杆上的位移、压力及温度分布的近似解析解 ,发现应力及温度分布中分别存在两个阶跃点 ,并给出了算例 .

直接有限元法求解广义磁热弹二维旋转问题

为了验证直接有限元法求解广义磁热弹耦合旋转问题的有效性及准确性,该文基于Lord和Shulman(L-S)广义热弹性理论,采用直接有限元方法,求解了置于磁场中的旋转半无限大体受热冲击作用的动态响应问题.文中给出了L-S型广义磁热弹耦合旋转问题的控制方程,建立了L-S型广义磁热弹旋转问题的虚位移原理,推导得到了相应的有限元方程.通过求解有限元方程,得到了半无限大体中无量纲温度、无量纲位移、无量纲应力及无量纲磁场的分布规律,从温度分布图上可以清晰地观察到热波波前的特有属性,即热波波前处存在明显的温度突变.同时,由于旋转效应,位移、应力、感应磁场的幅值有不同程度的降低,而旋转对温度几乎没有影响.结果表明,采用直接有限元法求解L-S型广义磁热弹性耦合的二维旋转问题是十分有效和准确的.