基于非經(jīng)典熱傳導(dǎo)理論的圓幣型裂紋斷裂研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代設(shè)備、元器件在朝著小型化、集成化發(fā)展。比如高新材料中的薄膜壓電陶瓷，用于熱防護(hù)的陶瓷涂層等都是在熱載荷環(huán)境中工作的薄層材料。針對(duì)這些材料的斷裂研究對(duì)于其設(shè)計(jì)和安全使用是必不可少的。而在分析這些材料的斷裂特性時(shí)，熱載荷對(duì)斷裂的影響也是不容忽視甚至是主要的。
　　一般情況下，傳統(tǒng)的經(jīng)典熱傳導(dǎo)理論在分析熱場(chǎng)時(shí)是足夠精確的。但是對(duì)于溫度變化率極大、低溫或微/納米尺度等情況下的熱傳導(dǎo)，需要考慮熱傳導(dǎo)過程中的Non-F

2、ourier效應(yīng)。為此，本文基于非經(jīng)典熱傳導(dǎo)理論和線性熱彈性理論，應(yīng)用積分變換的方法，求解了含圓幣型裂紋的薄層材料在階躍的溫度和熱流載荷作用下的非經(jīng)典熱沖擊問題，得到了Fredholm積分方程。應(yīng)用基于Gauss-Chebyshev公式的配點(diǎn)法完成了對(duì)Fredholm積分方程的數(shù)值求解，得到了溫度場(chǎng)、彈性場(chǎng)以及裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子。對(duì)所獲得的應(yīng)力強(qiáng)度因子的數(shù)值計(jì)算結(jié)果做了詳細(xì)的分析，研究了裂紋的幾何尺寸以及材料的熱弛豫時(shí)間對(duì)材料的抗熱

3、沖擊能力的影響，并與基于經(jīng)典熱傳導(dǎo)理論得到的結(jié)果進(jìn)行了比較。
　　研究發(fā)現(xiàn)：經(jīng)典熱傳導(dǎo)理論相較于非經(jīng)典熱傳導(dǎo)理論高估了材料的抗熱沖擊能力；對(duì)于含有絕熱裂紋的薄層材料，當(dāng)薄層表面受溫度沖擊載荷作用時(shí)，其抗熱沖擊能力隨著熱弛豫時(shí)間的減小而增大，隨著薄層厚度與裂紋長(zhǎng)度比值的減小而增大；對(duì)于含有熱源裂紋的薄層材料，當(dāng)裂紋面受溫度沖擊載荷作用且薄層表面熱流被約束時(shí)，其抗熱沖擊能力隨著熱弛豫時(shí)間的減小而增大，隨著薄層厚度與裂紋長(zhǎng)度比值的減小而