THERMAL SHOCK PROTECTION BASED ON MICROTUBE AND MICROPOST ARRAY SURFACE

针对核电站核泵主轴、管道系统等高温环境下工作的部件受冷却水热冲击而容易出现裂纹的问题,提出通过表面微结构设计,利用水低热扩散率的特性,在被热冲击表面产生隔热水膜,从而降低瞬态热冲击过程中表层结构的热应力,防止结构热疲劳损伤. 针对这一设想,采用有限元与无限元相结合的办法,解决热应力分析的多尺度问题. 利用COMSOL多场耦合分析软件,对瞬态热冲击条件下,表面微结构的温度场与热应力分布进行分析,研究了冲击时间、微结构几何参数和流体黏性底层厚度等对微结构表面热冲击防护能力的影响. 研究发现,表面微柱或微管结构对降低短时间冷水冲击产生的表面热应力具有显著效果,同时在微结构与基底之间存在最优过渡曲面使表面热应力最小化.     

热应力作用下结构声-振耦合响应数值分析

考察飞行器结构热应力对结构及其内声腔声-振耦合特性的影响,建立考虑热应力因素的声-振耦合动力学有限元方程,对一个典型飞行器结构考虑热应力时的声-振耦合动力学响应进行分析。计算结果表明,热应力的存在对耦合模型的固有频率影响较小,受热应力影响较大的区域主要集中在机头及机身等部位,其固有振动特性有较明显的变化。通过对比结构加速度与内声腔声压级的响应结果发现,热应力的影响主要表现为系统响应幅值及峰值位置的改变。     

固体微推进器热应力影响模拟分析

为了解热作用对固体微推进器结构稳定性的影响因素及规律,应用ANSYS热-结构耦合瞬态计算方法,模拟分析了微推进器阵列作用单元数、燃气温度、作用时间及阵列结构对微推进器药室热应力及热变形的影响。分析结果表明:最大热应力及热变形主要集中在药室孔边界处,是结构中最薄弱的部位;与单个单元作用时相比,阵列同时作用时最大等效热应力较大,而最大变形量较小;且其最大等效热应力及最大变形量随燃气温度、作用时间及药室直径的增加而增加,随阵列单元间距的增大而减小。     

二维半圆孔附近的动态热应力分布

在稳态温度场中,由于弹性平面内半圆孔或半圆坑等缺陷在介质裂纹扩展和疲劳损伤机理中所起的作用,因此深入了解半圆孔或半圆坑的表面动态热应力分布显得很有必要．分析在半无限弹性平面内一半圆孔附近施加稳态调谐温度场条件下的半圆孔孔边动态热应力分布问题,利用共形映照等复变函数的方法,给出了汉克函数表示的此问题的解析解,并给出了相应动态热应力分布系数的数值结果．     

半无限弹性体内球型热源所激起的热应力及变形

众所周知,一般而諭,若有不均匀的温度在一个物体的表面或內部存在,就必然会产生热应力。若該物体是一部机器,热应力也常常会达到使机件破裂的程度。因此,研究某种情况下的热应力分布是具有实际意义的一件工作;例如,无論是在蒸汽涡輪机、燃汽涡輪机、往复內燃机、高压压气机,以及許多别的只要是与高温有关系的机具及装置中均发生热应力。把在某种高温分布情况下的热应力变化規律探討清楚以后,一方面,如对机器的性能沒有妨碍的話,就可以借改变設計来根本避免或是部分的避免过高应力的产生;另     

机匣碰摩热应力梯度变化影响分析

针对航空发动机叶片-机匣碰摩故障产生局部热应力问题,考虑碰摩产生冲击热应力对机匣强度的影响,提出对叶片、机匣碰摩的局部细节进行数值分析。首先建立叶片-机匣碰摩模型,然后分别进行接触分析和热-结构耦合分析,得到接触处应力梯度变化和碰摩产生的温升。通过分析结果,判断碰摩产生冲击热应力是否达到材料屈服极限及碰摩产生热是否会引起结构破坏。研究结果表明:碰摩产生热使得接触处最大应力增加,尤其是机匣上的应力,但应力场分布梯度不变;碰摩产生冲击热应力低于材料屈服极限,但会随时间累积,其影响不可忽略。     

复合材料大层数层合板热变形热应力有限元分析

研究复合材料大层数层合板结构承受热载荷或同时存在机械载荷作用下，由于层合板各单层间存在着剪切耦合和泊松比的不协调等因素引起的热应力、热变形和自由边缘效应，采用三维八节点等参有限单元法，其特点是在划分三维单元时，每一个单元内可包含多个具有不同铺设角、不同组分材料的铺层。该文导出了相应的三维有限元分析各表达式，进行了实例数值计算，得到了反映大层数层合板热变形、热应力特性的一些有价值的结果。     

光学方法在微电子封装中的应用(英文)

热应力分析在微电子封装的设计和制造中是非常重要的一环。影响微电子封装可靠性的因素包括封装结构中的温度分布、热致变形和关键界面上的层间粘结强度。在微电子封装热应力分析和可靠性评估中,实验力学起着重要的作用。凭借其内在的并行处理能力,实验力学中的光学方法可以提供现场的、具有各种敏感度和解析度的全场位移测量,因而它也被广泛地用于微电子封装领域。本文讨论了光学方法在微电子封装热应力分析中的应用,并举实例来说明光学方法是如何地被用于微电子封装技术的研发以及考核验收。     

造纸机烘缸研究中的力学问题

造纸机烘缸为一铸铁压力容器,在制定“设计规定”中进行了一系列研究工作,其中涉及很多力学问题.如整体的强度分折、结构、优化、合金铸铁的疲劳特性、疲劳强度计算、传热及热应力等一系列问题。获得了一系列研究成果,这些成果均反应到“设计规定”中,并提出一些有待研究的问题.     

陶瓷水煤浆喷嘴的热冲击特性及有限元分析

采用热压烧结工艺制备出口无锥度(直口)和出口带锥度(锥口)2种Al2O3/TiC陶瓷水煤浆喷嘴,在工业锅炉上研究其热冲击行为,采用扫描电子显微镜分析喷嘴磨损表面形貌和微观组织结构,利用有限元法分析喷嘴的温度场和热应力.结果表明:陶瓷水煤浆喷嘴的出口结构对其热冲击行为影响很大,锥口喷嘴因所受热辐射面积小于直口喷嘴,内部的温度梯度和热应力较低,表现出较好的抗热冲击性能;Al2O3/TiC陶瓷喷嘴的温度梯度和热应力由入口到出口逐渐增大,出口部位的较高温度梯度和热应力是导致其磨损失效的主要原因;Al2O3/TiC陶瓷喷嘴的磨损形式表现为脆性断裂、研磨损伤、热裂纹和热崩等特征,其中热裂纹和热崩为主要磨损形式.     

光学方法在微电子封装中的应用

热应力分析在微电子封装的设计和制造中是非常重要的一环. 影响微电子封装可靠性的因素包括封装结构中的温度分布、热致变形和关键界面上的层间粘结强度. 在微电子封装热应力分析和可靠性评估中,实验力学起着重要的作用. 凭借其内在的并行处理能力, 实验力学中的光学方法可以提供现场的、具有各种敏感度和解析度的全场位移测量,因而它也被广泛地用于微电子封装领域. 本文讨论了光学方法在微电子封装热应力分析中的应用,并举实例来说明光学方法是如何地被用于微电子封装技术的研发以及考核验收.     

光学方法在微电子封装中的应用

热应力分析在微电子封装的设计和制造中是非常重要的一环。影响微电子封装可靠性的因素包括封装结构中的温度分布、热致变形和关键界面上的层间粘结强度。在微电子封装热应力分析和可靠性评估中，实验力学起着重要的作用。凭借其内在的并行处理能力，实验力学中的光学方法可以提供现场的、具有各种敏感度和解析度的全场位移测量，因而它也被广泛地用于微电子封装领域。本文讨论了光学方法在微电子封装热应力分析中的应用，并举实例来说明光学方法是如何地被用于微电子封装技术的研发以及考核验收。     

固体表面开裂的周期图案: II. 应用与防害

 介绍古往今来人类应用热应力开裂现象的几个重要成就, 包括古 代宏伟的都江堰工程中利用热应力劈山开渠, 现代地热发电站的人工网状裂纹热水库建设, 艺术陶瓷开片(裂)的国宝级艺术珍品和焦炭块尺寸的热应力控制. 也介绍了热应力开裂 造成灾害或灾难的预防措施与相关研究.     

多层薄膜热应力模拟

针对MEMS器件和光电器件的薄膜结构在高温下产生的应力与应变会严重影响器件结构与功能的问题,本文采用Suhir异质生长薄膜热应力计算理论分析了三层薄膜结构的热应力大小分布情况,得到了不同镀膜温度、膜厚、基底厚度等条件下的热应力变化趋势,解决了困扰有限元分析的奇异点问题。通过分析模型与有限元分析结果的比对,得到该计算模型的应力分布较为符合有限元分析的结果,最大剪切应力差距约为6.1%。列举了一个通过分析关系对材料进行优化的实例。这些研究结果对恶劣工作环境下的MEMS器件以及光电子器件的薄膜设计具有一定的借鉴意义。     

热局部非平衡条件下含柱形空洞横观各向同性饱和多孔介质的热应力分析

提出了一个热局部非平衡条件下横观各向同性多孔介质的弹性力学模型,研究了含柱形空洞的无限大多孔介质在冷对流边界条件下的孔隙压力和固相热应力.应用Laplace变换反演法数值分析了热局部非平衡及材料的各向异性对孔隙压力和固相热应力的影响.结果表明:孔隙压力和固相热应力随着横向热膨胀系数的增大而显著增大,而弹性模量的各向异性对孔隙压力和固相热应力的影响则是微弱的.同时,结果还证实了在Biot数为中等值范围内,热局部非平衡效应是非常明显的.     

热-应力耦合结构灵敏度分析方法

研究稳态／瞬态热传导灵敏度分析、以及热与机械荷载同时作用的热结构应力灵敏度分析问题。考虑了温度场随设计变量的变化及其对应力的影响,提出温度场与结构热应力耦合问题的灵敏度计算方法。特别指出了热－应力耦合灵敏度分析中温度场导数的影响, 说明了在热－应力耦合结构灵敏度分析中必须考虑耦合灵敏度。在应用软件系统JIFEX中实现了所提出的方法,数值算例验证了灵敏度算法的精度。     

热对流作用下筒壁涂层的边裂行为

边裂(边缘开裂)是涂层热致损伤的主要模式之一.边缘裂纹穿透涂层后,常导致界面脱粘从而驱使涂层与基体剥离,最终丧失对基体的保护作用.本文以热应力强度因子表征边缘裂纹的扩展驱动力,研究筒壁涂层在热对流作用下的边裂行为.首先,利用拉普拉斯变换法,得到了瞬态温度场及热应力场的封闭解.其次,运用Fett等的三参数法确定了筒壁涂层边缘裂纹的权函数.最后,基于叠加原理和权函数方法计算了边缘裂纹的热应力强度因子.探讨了无量纲时间、边缘裂纹深度、基体/涂层厚度比、热对流强度等参数对热应力强度因子的影响规律.结果表明:热应力强度因子的峰值既非发生在热载荷初始时刻,也非发生在热稳态时刻,而出现在时间历程的中间时刻;增大热对流强度不仅可提高热应力强度因子的峰值,而且使峰值提前出现;其他条件相同时,热应力强度因子随着边缘裂纹长度的增大而降低;增大涂层厚度或减小基体厚度可增强涂层抵抗瞬态热载荷的能力.     

热对流作用下筒壁涂层的边裂行为

边裂(边缘开裂)是涂层热致损伤的主要模式之一. 边缘裂纹穿透涂层后,常导致界面脱粘从而驱使涂层与基体剥离,最终丧失对基体的保护作用. 本文以热应力强度因子表征边缘裂纹的扩展驱动力,研究筒壁涂层在热对流作用下的边裂行为. 首先,利用拉普拉斯变换法,得到了瞬态温度场及热应力场的封闭解. 其次,运用Fett等的三参数法确定了筒壁涂层边缘裂纹的权函数. 最后,基于叠加原理和权函数方法计算了边缘裂纹的热应力强度因子. 探讨了无量纲时间、边缘裂纹深度、基体/涂层厚度比、热对流强度等参数对热应力强度因子的影响规律. 结果表明:热应力强度因子的峰值既非发生在热载荷初始时刻,也非发生在热稳态时刻,而出现在时间历程的中间时刻;增大热对流强度不仅可提高热应力强度因子的峰值,而且使峰值提前出现;其他条件相同时,热应力强度因子随着边缘裂纹长度的增大而降低;增大涂层厚度或减小基体厚度可增强涂层抵抗瞬态热载荷的能力.      

核主泵主轴表面热疲劳分析与寿命评估

核主泵主轴一般工作在约300℃的温度环境中,但会频繁受到冷却水的瞬态冲击作用,由此产生的热应力容易导致主轴表面产生疲劳裂纹,有效预测核泵主轴的热疲劳寿命意义重大.本文分析了核泵主轴表面在热冲击过程中的瞬态温度场、热应力场等变化规律,用数值模拟方法研究了热冲击的冲击温度、冲击区域半径和表面吸附水膜厚度等参数对热应力和热疲劳寿命的影响,发现热冲击温度、冲击区域半径和表面水膜厚度各因素对冲击表面热应力和疲劳寿命的影响呈现一定规律性,疲劳裂纹将首先发生在材料表面,然后向内部扩展,到达一定深度后止裂.热冲击冷却水温度差对表面热应力和疲劳寿命影响最大,冲击区域尺寸影响最小,表面吸附水膜具有降低热应力提高疲劳寿命的防护作用.     

混合温场作用下地铁车站结构的热力研究

为研究地铁车站在火灾发生过程中结构随温度升高的受力和变形情况,以某地铁站主体结构为对象进行研究。车站中火源产生的温场是由热对流和热辐射叠加而成的混合温场,为使模拟更加精确,根据材料性质随温度改变的情况对模型材料参数进行调整;模拟了温度在4℃~1000℃范围内车站结构的受力、变形特征。分析结果表明:相同温度下,火源位置3对应的监测点沉降量最大,位置2次之,位置1最小;火源位置1和位置2测点沉降基本发生在距火源中心±20m内,位置3在±40m内,从沉降量看温度在600℃~1000℃范围内结构有进入塑性阶段趋势;空间刚度越小,热应力释放的主要区域越集中;火源位置1的热应力释放区间距火源中心80m之外,位置2在±20m内,位置3在±10m内,从竖向应力看在800℃~900℃范围内结构有进入塑性阶段趋势。研究可为火灾过程中或灾后车站结构安全性评价提供依据。