強熱沉積下熱力耦合問題研究.pdf

1、高能量沉積和大溫度梯度下的非穩(wěn)態(tài)溫度場及其耦合應力場的研究具有十分重要的理論意義和應用背景。它涉及與高能量沉積相關(guān)的一系列基本理論問題，如固體本構(gòu)方程、多尺度問題、熱力耦合波傳播和非Fourier效應等，因而成為近代科學技術(shù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，受到許多科學家和工程師的高度重視。本文從基礎(chǔ)原理和基礎(chǔ)理論出發(fā)，力圖在線性理論的框架內(nèi)對強熱沉積下熱力耦合問題的幾個基礎(chǔ)性問題進行較為深入的分析。 全文共7章： 第1章緒論，簡要述評熱

2、力耦合問題的研究現(xiàn)狀。 第2章針對各類物質(zhì)模型在本構(gòu)譜系中地位與聯(lián)系的表述問題，敘述熱力耦合本構(gòu)理論，在現(xiàn)代本構(gòu)理論的譜系中給常用的熱傳導方程的各類形式，如Gurtin熱傳導物質(zhì)、Cattanco物質(zhì)、Fourier熱傳導物質(zhì)和Jeffreys物質(zhì)予相應的地位并歸入相應的譜系。敘述中涉及了變形梯度、高階變形梯度、溫度、溫度梯度和溫升率描寫的應力、偶應力和熱流矢量。提出了熱梯度物質(zhì)模型及其特例，給出了本構(gòu)方程的簡化式和與標架無差異

3、性相協(xié)調(diào)的表示定理。 第3章第3.1節(jié)針對單純熱傳導，討論雙相有限延遲型熱傳導介質(zhì)的溫度傳播模式及其傳播的群速度。證明群速度的最大值不等于CV模型相應的傳播速度，而是其0.6065倍； 并在3.2節(jié)中將Biot對Fourier介質(zhì)的變分方程推廣有限松弛-延遲型非Fourier介質(zhì)的熱傳導問題，得到含雙有限松弛時間的變分方程；對比地討論了與微分型非Fourier介質(zhì)對應變分方程，及其勢函數(shù)形式；第3章第3.3節(jié)探討雙相有限延遲型熱

4、傳導定律相應的熱力耦合傳播模式，由此導出熱力耦合傳播的兩個彼此聯(lián)系的群速度，即第一聲和第二聲，及其關(guān)聯(lián)；第3.4節(jié)討論有限松弛-延遲型非Fourier介質(zhì)的熱力耦合問題的變分方程，將第3.2節(jié)所述的熱傳導問題的變分方程推廣到有限松弛-延遲型非Fourier介質(zhì)熱傳導定律架構(gòu)的熱力耦合情況，得到包含了雙有限松弛時間的變分方程；作為比較，還得到了微分型(CV型)非Fourier介質(zhì)熱傳導定律構(gòu)架的熱力耦合情況的變分方程，并得到了它的勢函數(shù)形

5、式。作為應用，討論了半空間在表面受恒溫熱沖擊問題的近似解，得到含有松弛時間及相應的松弛尺寸參數(shù)的熱影響區(qū)域與時間的指數(shù)函數(shù)增長關(guān)系。 第4章針對熱力耦合問題的解法問題，建議一個熱力耦合問題的解耦迭代算法，即交替地計算兩個解除了耦合的問題，逐步地得到足夠精度的解；這兩個問題分別是已知溫度時空分布的熱Hooke介質(zhì)的應力分析問題和已知位移、應變和應力時空分布的非Fourier介質(zhì)的熱傳導問題。此方法與每一解耦問題實施計算的方法無關(guān)，