二維功能梯度圓筒溫度場有限元研究.pdf

1、為了研究第一、第三類熱邊界下二維功能梯度材料(FGM)圓筒的二維穩(wěn)、瞬態(tài)溫度場分布，假設(shè)物性系數(shù)沿壁厚和長度方向任意分布和連續(xù)變化，根據(jù)熱力學(xué)三大定律并結(jié)合材料本構(gòu)關(guān)系，從熱傳導(dǎo)基本方程和其相應(yīng)的泛函出發(fā)，建立了有限元基本方程并編寫了實用的FORTRAN計算程序。
　　 將用積分法推導(dǎo)出的解析解與有限元法數(shù)值解以及將兩種熱導(dǎo)率模型的結(jié)果進行比較，發(fā)現(xiàn)兩種比較得出的結(jié)果一致。此外，通過在軸對稱圓筒的子午面上，劃分從200到1600

2、個單元的有限元網(wǎng)格，并分別進行研究分析，獲得了二維FGM圓筒材料體積分?jǐn)?shù)的越來越準(zhǔn)確的值。從而，驗證了本文有限元法數(shù)值解的正確性。
　　 通過數(shù)值計算，得到了具體由SiC/A1203/AI1100/Ti-6AI-4V組成的二維FGM圓筒在各種邊界熱載下的二維穩(wěn)、瞬態(tài)溫度場分布。主要研究了如下問題：
　　 (1)組分分布形狀系數(shù)對二維FGM圓筒穩(wěn)、瞬態(tài)溫度場的影響。
　　 (2)施加邊界熱載形式對一、二維FGM圓筒

3、穩(wěn)態(tài)溫度場的影響。
　　 (3)材料組成數(shù)目、邊界換熱系數(shù)和沿圓筒徑向的梯度層厚度對二維FGM圓筒穩(wěn)態(tài)溫度場的影響。
　　 主要分析結(jié)果表明：
　　 (1)當(dāng)nr固定，n2變化時，金屬側(cè)最大溫差增大了63.5％.金屬側(cè)最大溫差較陶瓷側(cè)最大溫差增大了70.9％。
　　 (2)隨著nr、n2等值的增大，當(dāng)0.5≤-Z＜1.0時，溫度曲面形狀變化尤為明顯，沿徑向，陶瓷側(cè)最大溫差減小了37.5％，金屬側(cè)最大溫差較

4、陶瓷側(cè)減小了34.9％。
　　 (3)沿圓筒徑向，隨著梯度層厚度的增加，高溫陶瓷側(cè)溫度值逐漸減小，溫度梯度逐漸增大，最大溫差增幅達(dá)24.7％。
　　 (4)四種材料比三種材料溫度場的溫度梯度分布更加均勻。
　　 (5)隨著對流換熱系數(shù)的增加，對應(yīng)點上的溫度值逐漸增大。
　　 (6)二維FGM圓筒更加適合于承受邊界二維熱載。
　　 (7)邊界熱載形式對二維FGM圓筒穩(wěn)態(tài)溫度場的影響很大。