轴对称热冲击SIF过渡过程分析的热权函数法

热权函数法利用温度与热权函数的乘积的积分来直接计算热冲击过程中裂纹尖端的应力强度因子过渡过程。热权函数与时间τ无关,由于免除了对每一时刻τ所需作的有限元或边界元分析,计算过程大大简化,计算效率得到极大提高,本文将热权函数与有限元法直接耦合,给出了基于刚度阵导数法的轴对称问题的热权函数计算格式,实例计算表明,本文给出的热权函数计算格式具有满意的计算精度。     

求解平面和轴对称热冲击问题的热权函数有限元法

根据三维通用权函数法的普遍表达式,给出了轴对称问题和平面问题热权函数法的基本公式,并利用刚度阵导数法,将热权函数法与有限元法直接耦合,给出了二维问题的热权函数有限元法计算格式,实例计算表明,该文给出的计算方法具有极高的计算效率和满意的工程应用精度。     

三维热权函数法和多虚拟裂纹扩展技术

热权函数法直接利用温度场与热权函数的乘积的积分来求应力强度因子(SIF)的过渡过程，它可以免除对每一时刻进行热弹性力学有限元或边界元应力分析，计算效率大大提高。本文给出了三维热权函数法的基本方程，并提出了求解三维热权函数法基本方程的多虚拟裂纹扩展法(MVCE法)。在MVCE法中，可以引入无穷多个虚拟裂纹扩展模式；虚拟裂纹扩展模式与应力强度因子的插值直接相联系，所得到的方程组的系数矩阵是一个三对角矩阵，具有良好的计算性能。它对于裂纹前缘SIF分布急剧变化的情况，有良好的数值模拟能力。实例计算表明，MVCE法具有权高的计算效率，并具有很高的计算精度。     

应用通用权函数法计算热机载荷作用下三维界面裂纹的应力强度因子

热机载荷共同作用下双材料、复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处,并且工程中实际遇到的裂纹大多数是三维裂纹,传统的求解热冲击及机械载荷共同作用下界面裂纹应力强度因子的数值方法如有限元、边界元法计算量大,计算效率低。由于通用权函数仅仅与裂纹体的几何形状有关,与载荷、时间无关,求解应力强度因子时避免了反复的应力分析,计算效率大大提高, 通用权函数法非常适合计算复杂冲击载荷下应力强度因子分布的过渡过程。根据Betti互易原理,本文推导出了三维界面裂纹问题通用权函数法的普遍表达式,并给出了热机载荷共同作用下三维界面I型、Ⅱ型和Ⅲ型裂纹问题通用权函数法的有限元格式. 通过实例计算比较,表明此方法得到的结果可以达到满意的工程应用精度。     

热结构稳态响应的耦合灵敏度分析方法

研究结构稳态热变形和热应力的灵敏度分析方法，给出了直接法和伴随法两种算法。考虑了温度场的耦合作用，在直接法中需要计算温度场对设计变量的导数，在伴随法中需要计算热载荷对温度场的导数。对尺寸和形状两类设计变量的灵敏度分析算例，验证了本文方法的精度。伴随法在应用程序中的实现，为大型结构优化提供了高效率的灵敏度计算方法。     

界面裂纹问题中的通用权函数法

热载荷和机械载荷共同作用下复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处.传统求解热冲击及机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子的数值方法(如有限元、边界元法等),计算工作量大、效率低.通用权函数与时间无关,运用通用权函数法可以免除对每个时刻的应力分析,计算效率可得到很大提高.本文将通用权函数法推广到求解热载荷和机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子过渡过程的问题中,推导出求解平面双材料界面裂纹问题应力强度因子的通用权函数法计算格式.基于此格式,计算热载荷和机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子.通过实例计算比较,表明此方法得到的结果可以达到与相互作用积分法相当的工程应用精度.最后,应用此方法研究了热障涂层受热冲击及表面力共同作用时裂纹长度以及涂层厚度对应力强度因子的影响.结果表明:在一定边界条件下,当热障涂层中存在边缘裂纹时,随着涂层厚度的增加,更容易导致裂纹的扩展和涂层的剥落.     

热结构瞬态响应的耦合灵敏度分析方法与优化设计

研究结构瞬态热变形和热应力的灵敏度分析方法及其优化设计,灵敏度计算给出了直接法和伴随法两种算法.考虑了温度场的耦合作用,在直接法中需要计算温度场对设计变量的导数,在伴随法中需要计算热载荷对温度场的导数.数值算例验证了该方法的精度.伴随法在应用程序中的实现,为大型结构优化提供了高效率的灵敏度计算方法.     

正交各向异性平面热弹性问题的边界元分析

给出了正交各向异性平面热弹性问题的边界积分方程、内点应力公式和常单元离散化时计算奇异积分的解析式，计算了正交各向异性板的热应力强度因子，结果表明了文中所导公式的正确性     

一个多孔有机织物热湿传递过程的数学模型

利用多孔介质中的Darcy定律建立了一个多孔有机织物中热湿传递过程的数学模型，并提出了一个描述多孔有机织物中液相水重力与表面张力的对比关系的数H=5gρldcLτlεl1/3/2σcosФε1/3采用Crank—Nicolson方法数值求解了该模型，得到了在相同初始和边界条件下，不同有机材料织物中的热湿传递过程，并给出了多孔有机织物中的水蒸汽的浓度场分布、温度场分布以及纤维中的含水量的分布。计算结果与实验结果是吻合的。     

热弹性平面问题的规则化边界积分方程

对于热弹性平面问题,过去广泛集中在直接变量边界元法研究,本文研究间接变量规则化边界元法,建立了间接变量规则化边界积分方程。和直接边界元法相比,间接法具有降低密度函数的连续性要求、位移梯度方程中的热载荷体积分具有较弱奇异性等优点。数值实施中,用精确单元描述边界几何,不连续插值函数逼近边界量。算例表明,本文方法效率高,所得数值结果与精确解相当吻合。     

Thermal buckling analysis of truss-core sandwich plates

Truss-core sandwich plates have received much attention in virtue of the high values of strength-to-weight and stifness-to-weight as well as the great ability of impulseresistance recently. It is necessary to study the stability of sandwich panels under the influence of the thermal load. However, the sandwich plates are such complex threedimensional(3D) systems that direct analytical solutions do not exist, and the finite element method(FEM) cannot represent the relationship between structural parameters and mechanical properties well. In this paper, an equivalent homogeneous continuous plate is idealized by obtaining the efective bending and transverse shear stifness based on the characteristics of periodically distributed unit cells. The first order shear deformation theory for plates is used to derive the stability equation. The buckling temperature of a simply supported sandwich plate is given and verified by the FEM. The efect of related parameters on mechanical properties is investigated. The geometric parameters of the unit cell are optimized to attain the maximum buckling temperature. It is shown that the optimized sandwich plate can improve the resistance to thermal buckling significantly.     

Thermal weight functions for bi-material interface crack system using energy principles

In this study, Betti’s reciprocal theorem and the principle of superposition are used to obtain weight functions in a two-dimensional bi-material interface crack system for any loading, in general and thermal loading, in particular. It is shown that the general expression of weight functions for bi-materials interface crack problems is of the same type as that found in a homogeneous mixed mode loading case. Furthermore, a computational approach has been developed for calculation of thermal stress intensity factors for bi-material interface cracks subjected to thermal loading under quasi-static uncoupled thermo-elasticity assumption. The thermal weight function (TWF) expression and computational scheme have been validated using three examples given in the available literature.     

求解三维裂纹前缘SIF分布时间历程的通用权函数法和有限变分法

将三维热权函数法扩展为适用于表面力、体积力和温度载荷的通用权函数法(UWF).推导出以变分型积分方程表达的UWF法基本方程,从变分的角度,将求解三维热权函数法基本方程的多虚拟裂纹扩展法(MVCE)改造为可以适用于一般的变分型积分方程的一类新型数值方法--有限变分法(FVM).在FVM中可以引入无穷多种线性无关的局部变分模式,可以根据计算要求在求解域中插入任意多个计算节点,单一型裂纹问题FVM所得到的最终方程组的系数矩阵总是一个对称的窄带矩阵,而且对角元总是大数,具有良好的数值计算性能.FVM对于SIF沿裂纹前缘急剧变化的复杂情况具有较好的数值模拟能力和较高的计算精度,利用自身一致性,可以求得三维裂纹前缘SIF的高精度解.     

聚醚醚酮基复合材料的热性质和物理性质预测及其摩擦销三维温度场的数值模拟

通过研究填料含量对聚醚醚酮(PEEK)基复合材料密度、比热和导热系数等热学和物性参数影响的规律,提出了三相PEEK基复合材料热学和物理性质的计算模型;以销/盘摩擦副作为研究对象,采用有限元分析法计算模拟了复合材料摩擦销的温度分布,给出了销的三维稳态和瞬态温度场,并讨论了填料含量对摩擦销端面温升的影响规律.结果表明,计算结果与试验结果吻合较好.     

推力轴承热稳定性非线性分析及周期稳态解的全局特性研究

建立了考虑瞬态油膜压力影响的热稳定性分析模型 ,用求解系统周期解分岔的 PNF法对推力轴承系统的热稳定性进行了研究 ,结合 Poincare映射与胞映射法思想 ,提出了用于分析系统周期稳态解全局特性的数值计算 PCM方法 ,并对推力轴承热系统周期稳态解的全局特性进行了考察     

用云纹干涉法研究金属焊点的热变形问题

本文采用现代光测力学的云纹干涉法，对铜－可伐焊接件热应变问题进行了实验研究，确定了焊层的热应变特征，结果表明：由于热膨胀系数不匹配、焊层存在复杂的应力状态，它不仅受到焊板材料对它的剪切作用，而且受到纵向拉伸、挤压作用。这对于认识微电子封装芯片焊层的热疲劳失效机理有重要意义     

Thermo-Mechanical Model and Thermal Analysis of Hollow Cylinder Planetary Roller Screw Mechanism

Planetary roller screw mechanism (PRSM) is widely used for rapid and precise motion translation from rotary into linear motion due to its high stiffness and high position accuracy. However, a high speed PRSM drive system naturally generates significant amount of frictional heat at the contact interfaces, which causes thermal deformation and thermal error and reduces motion accuracy. Preload is usually applied to remove the axial backlash of the PRSM for achieving high accuracy and great stiffness. However, more frictional heat is produced by such preload. On the other hand, larger numbers of angular contact bearings are needed to support the heavy axial load. The friction heat generated in support bearings has also to be investigated. In order to estimate the thermal distribution and thermal error of the hollow cylinder PRSM, a thermo-mechanical model based on finite element method (FEM) is developed, where heat generation from the two main sources of the PRSM, the parameters calculation of heat transfer coefficient and other thermal boundary conditions were studied. The presented model is proven capable of investigating temperature distribution, thermal error, and cooling performances of coolants of the PRSM system.