基于分数阶理论的两端固定杆热弹动力响应

基于Ezzat型分数阶广义热弹性理论和Green-Lindsay广义热弹性理论,借助拉普拉斯积分变换及其数值反变换法研究了移动热源作用下两端固定的温度相关性杆一维热弹动力响应问题,得到了无量纲位移、应力和温度沿x方向的分布情况。分别研究了分数阶参数α、2个不同的热松弛时间因子τ0和τ1、温度相关性参数以及移动热源传播速度υ对无量纲位移、应力和温度的影响,结果表明:分数阶参数α对所考虑的无量纲物理量均有明显影响;热松弛时间因子τ0对无量纲温度外的其他2个物理量影响显著,热松弛时间因子τ1仅对无量纲温度的影响最为显著;随着温度相关性参数和移动热源传播速度υ增大,各物理量呈逐渐减小的状态。

不同理论下广义压电热弹性问题的有限元求解

基于G-L和L-S广义压电热弹性理论研究了无限大厚压电板在上下表面受到条带状热冲击时的广义压电热弹性问题．在时间非常短的情况下,为避免积分变换求解带来的精度丢失,采用有限元方法对问题在时间域进行直接求解,获得压电板在热冲击作用下的温度、位移、应力及电势等,并将结果与经典压电热弹性理论进行比较．结果表明,直接求解方法可以准确描述热在介质中以有限的速度传播．

基于广义热弹性理论的多孔地基在移动荷载作用下的特性研究

基于广义热弹性理论,引入热松弛时间,对Biot波动方程进行修正,建立了考虑温度效应的多孔饱和地基在移动荷载作用下的动力控制方程。利用Fourier变换方法,得到地基中温度增量、应力、位移和孔隙水压力在变换域中的一般解,结合热源输入条件和地基边界条件,确立时域内的温度增量、应力、位移和孔隙水压力的积分形式解答。利用Fourier逆变换方法和自适应数值积分算法得到了相应的数值结果。结果可退化为静荷载作用下的弹性地基解答,并与经典Flamant解进行比较,显示出较好的一致性。通过数值计算讨论不同的热源输入对地基温度增量场、应力场、位移场以及孔隙水压力的影响。结果表明:温度增量场受热源输入条件的影响很小,而应力、位移和孔隙水压力受热源输入的影响很明显。

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。

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.

有限厚度圆柱壳热冲击问题的广义热弹性解

针对包含有界边界的轴对称结构受热冲击作用的广义热弹性问题进行了研究分析.基于Lord-Shulman广义热弹性理论(L-S理论),构建了热冲击下有限厚度圆柱壳热弹性响应的广义热弹性模型.借助Laplace(拉普拉斯)变换技术以及Bessel函数的渐进特性,推导了温变载荷作用下,圆柱壳内部位移、温度以及应力场的解析表达式.该表达式不仅可以清楚地揭示热冲击下热波、热弹性波在壳体内部的传播、反射以及叠加的作用过程,更可准确地捕捉到热波、热弹性波波前位置处的阶跃现象,并对热冲击诱发的动态热应力峰值进行有效预测.

广义热弹性问题研究进展

本文总结了广义热弹性问题最近10年的研究进展,包括不同类型广义热弹耦合问题的研究、考虑磁–电多场耦合的广义电磁热弹耦合问题研究以及计及扩散效应和黏弹性效应的广义热弹性理论的发展、广义热弹性问题基本求解方法等,通过总结,使读者对广义热弹性问题的研究现状及发展趋势有较全面的认识,帮助研究人员进一步开展广义热弹性问题更高层次的研究.

受热冲击时球体的广义热弹性分析

基于具有2个热松弛时间的G-L广义热弹性理论,研究了实心球体外表面突然受到均匀热冲击时的广义热弹性问题。由于控制方程复杂,到目前为止此类问题的解析解还没有得到。文中利用拉普拉斯正、反变换技术和热冲击的瞬时特征对该问题进行求解,最终得到了位移场和温度场的渐近表达式;通过数值计算,获得了热冲击下实心球体的位移与温度分布规律,以及热松弛时间和耦合系数对位移及温度分布的影响。结果表明:位移及温度分布中存在2个阶跃点;热松弛时间和耦合系数对位移及温度的阶跃时间、阶跃间隔和阶跃峰值均产生影响,对热冲击的作用效果也有一定的抑制作用。

功能梯度材料广义热弹性响应

基于Lord-Shulman热弹性理论,选取温度和位移及其一阶导数作为状态变量,结合Laplace积分变换,采用状态空间法建立功能梯度材料的一维广义热弹性响应的层合模型.作为应用,考虑组分材料体积份数按幂率变化的功能梯度无限大平板,数值分析在冲击性热机载荷作用下的温度、应力以及位移响应.结果表明,在冲击性热机载荷作用下,热流延迟项以及组分材料的体积含量变化对功能梯度结构的热弹性响应有着显著的影响.

激光脉冲加热的二维广义热弹性问题研究

基于L-S广义热弹性理论,研究了半无限大板局部受到激光脉冲加热时的广义热弹性问题。为避免常规积分变换方法求解带来的精度丢失,采用有限元法直接在时间域进行求解,得到了激光脉冲加热时板中的温度、位移及应力的变化规律。结果表明,直接求解方法可以准确描述热在介质中以有限的速度传播,同时发现,激光脉冲加热过后,结构的最高温度随着时间的推移逐渐降低,且最高温度的位置总在热波波前附近,此处的应力也明显高于其他区域。

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.

热冲击下理想黏结三明治板的分数阶广义热弹性问题分析

为了研究对称热冲击作用下三明治板的广义热弹动态响应,假定三明治板连接界面处为零阻抗理想黏结,材料特性参数随温度变化,采用分数阶广义热弹性理论,给出了层合板广义热弹耦合的控制方程.基于拉普拉斯变换及其数值反变换对控制方程进行求解,得到了无量纲温度、位移及应力的数值解.重点讨论了热传导系数、密度和比热容等材料参数在界面处的变化对热传递及结构响应的影响,同时考虑了分数阶参数及温度相关性参数的影响效应.计算结果表明,温度、位移和应力随界面处材料热传导系数、密度和比热容的减小而增加;分数阶参数对温度和应力的影响较大,对位移影响较小;温度、位移和应力的幅值随温度相关性参数的增大而减小.界面处材料热传导系数、密度和比热容的减小促进热沿板厚方向的传导,分数阶理论和材料的温度相关性对温度、位移和应力的分布影响显著.

复合材料广义热弹性问题格点型有限体积法研究

基于Lord-Shulman(L-S理论)、Green-Lindsay(G-L理论)及经典热弹性耦合理论(T-C理论),本文发展了一种适用于二维复合材料广义热弹性问题的格点型有限体积法(CV-FVM).运用交错网格技术,待解变量存储在单元节点,物性参数存储在单元中心,控制方程空间项采用双线性四边形单元进行离散,时间项采用欧拉隐式进行离散.针对均质无限大方板热冲击问题,本文对CV-FVM进行了数值验证,计算结果表明,本文发展的数值方法可以很好地捕捉热波波前和弹性波前的温度阶跃特性及热弹耦合特征.本文采用CV-FVM进一步研究了不同梯度系数p下钛合金/氮化硅复合板的热冲击问题,发现L-S理论复合板p=1时预测的功能梯度界面应力最小;T-C、G-L理论下,复合板p=10时预测的功能梯度界面应力最小,不同耦合理论选系数p对界面热弹性行为影响规律并不相同,并非材料线性分布(p=1)时界面应力幅值最小.本文发展的CV-FVM可作为复合材料热波问题和广义热弹性问题求解的一种备用工具.

基于分数阶热弹性理论的圆形隧洞热弹性耦合动力响应

基于分数阶热弹性理论,研究了热/力源作用下无限大土体中圆形隧洞的热弹性耦合瞬态动力响应。建立了圆形隧洞内壁面受到随时间变化的热、力冲击作用下周围土体的控制方程,利用Laplace变换得到了土体的无量纲温度增量、径向位移、径向应力和环向应力等的解析表达式。在此基础上,利用Laplace逆变换Crump数值反演法得到了土体在时间域的动力响应。数值分析了分数阶参数对热/力源条件下土体的温度、径向位移、径向应力和环向应力的影响。研究表明:热源作用下分数阶参数对径向位移的影响较小,对温度增量、径向应力和环向应力影响较大。而在热力共同作用下,分数阶参数对土体的温度增量影响显著,而对径向位移、径向应力和环向应力的影响较小。随着剪切模量的增加,位移的峰值逐渐减小。

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。

基于非局部理论的一维广义热弹问题研究

在Lord-Shulman理论和Eringen非局部理论的背景下,研究了材料特性与温度相关、受移动热源作用的两端固定杆的一维动态响应问题。建立了杆的非局部热弹耦合控制方程,运用拉普拉斯变换及其数值反变换求解控制方程,得到了无量纲温度、位移和应力的分布规律。详细讨论了材料特性参数、移动热源速度和非局部效应参数对所考虑变量分布的影响。结果表明:材料特性参数对各变量有显著影响;非局部效应参数对位移和应力影响较大,对温度影响不大;移动热源速度对各变量都有明显的影响,主要体现在其峰值的变化上。

热冲击荷载作用下的含球形空腔的广义热弹性功能梯度球形各向同性体

在带两个松弛时间参数的广义热弹性线性理论(Green和Lindsay理论)意义上,研究含一个球形空腔的功能梯度球形各向同性无限大弹性介质中,热弹性位移、应力和温度的求解方法.空腔表面无应力,但承受一个随时间变化的热冲击荷载作用.在Laplace变换域中,给出了一组矢量-矩阵微分方程形式的基本方程,并用特征值方法求解.应用Bellman方法进行数值逆变换.计算了位移、应力和温度,并给出相应的图形.结果表明,材料热物理性质的变化,对荷载响应的影响非常强烈.并与对应的均匀材料进行了比较和分析.

一维半无限压电杆的广义的热冲击问题

采用具有两个热松弛时间的G-L广义热弹性理论,研究了一维半无限长压电杆在其端部受到热冲击时的边值问题.借助于拉普拉斯正、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,得到了位移及温度分布的近似解析解,发现位移及温度分布中分别存在两个阶跃点,并通过数值计算,把温度的分布规律用图形反映了出来.从温度的分布图上可以看出,当任何x的值大于第二个阶跃点的位置值时,温度值都是零,也即在当前所给定的时刻,热以波的形式沿压电杆仅传播到了第二阶跃点的位置,而在第二个阶跃点之后,压电杆上的温度分布保持初始温度;给定不同时刻,热波波前的位置也将相应的在压电杆上移动,也即热波波前在压电杆上的位置随考虑时刻不同而不同.这与经典的热传导是完全不同的,它说明热是以波的形式以有限的速度、而不是以无限的速度在介质中进行传播的.

分数阶理论下实心球体受热冲击作用的渐进分析

基于分数阶广义热弹性理论,针对实心球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进性质,推导了热冲击作用周期内位移场、温度场和应力场的渐进表达式.通过计算,得到了不同传热能力下受热冲击作用时热波、热弹性的传播规律以及位移场、温度场及应力场的分布规律.结果表明:分数阶参数取值的不同,热波、热弹性波的传播以及各物理场的分布均有所不同,分数阶参数可视为延迟时间的影响因子,通过改变延迟效应对热弹性行为的影响来改变热冲击的作用效果.