激光加热金属薄膜的热弹性研究

基于电子-声子相互作用的双曲两步热传导模型的超快热弹性理论,计及晶格的热传导效应,利用有限元方法研究了无限大金属薄膜在短暂激光冲击下诱导的位移、应力、应变和温度等物理量的演化特点,与已有文献比较,说明该方法的合理性与正确性.比较了计及电子热爆发力与不计电子热爆发力对位移、应力等物理量的影响,说明计及电子热爆发力的必要性...     

激光加热双层金属薄膜的热弹性研究

基于电子-声子相互作用的双曲两步热传导模型,并计及晶格的热传导效应,利用有限元方法研究了无限大双层金属薄膜在短暂激光冲击下诱导的位移、应力、应变和温度等物理量的演化特点.比较了计及电子热爆发力与不计电子热爆发力对位移、应力等物理量的影响,说明计及电子热爆发力的必要性.研究有利于对微型金属器件受到强热冲击产生破坏与失效的更深层次的理解,具有一定的学术意义和工程应用价值.     

十次对称二维准晶材料的位错动力学问题

论文采用Bak准晶弹性动力学模型研究了十次对称二维准晶材料的位错动力学问题.将Stroh公式推广到了准晶材料动力学问题的研究中,给出了位移和应力一般解的表达式.讨论了位错移动速度、声子场和相位子场耦合弹性常数R对声子场、相位子场位移和应力的影响.     

求解二维结构-声耦合问题的一种半数值半解析方法

基于传递矩阵法和虚拟源强模拟技术提出了一种求解在谐激励作用下二维结构-声相互作用问题的半数值半解析法．在足够小的积分步长内，文中对任意形状弹性环沿周向曲线坐标的非齐次状态微分方程组，建立了一种齐次扩容方法．对于外声场，采用多圆形虚拟源强配置方案。并在每一条圆形配置曲线上将源强密度函数用Fourier级数展开，同时结合快速Fourier变换法，提出了一种高精度、高效率求解任意形状二维孔穴Helmholtz外问题的快速算法．在耦合方程的求解方面，根据叠加原理，将外激励和虚拟源强的Fourier级数展开项作为广义力分别作用在弹性环上，借助齐次扩容方法和精细积分法求得弹性环的状态向量，再利用流固交接条件和最小二乘法直接建立了耦合系统的求解方程．文中给出了二个典型弹性环在集中谐激励力作用下声辐射算例，计算结果表明该文方法较通常采用的混合FE-BE法更为有效．     

求解三维弹性力学问题的快速耦合方法

将多种数值方法耦合,充分利用各种方法的优点建立新的数值方法,是求解三维复杂问题的有效途径之一．本文将无单元Galerkin (Element-Free Galerkin, EFG)方法、有限元法和维数分裂法耦合,提出了求解三维弹性力学问题的快速耦合方法(Fast Hybrid Method, FHM)．将三维弹性力学问题分裂为若干个二维平面问题,对于每个二维问题采用罚函数法施加边界条件,并推导其相应的积分弱形式,引入Shepard基函数的移动最小二乘法建立形函数,进而推导二维平面问题的离散方程．第三个方向上采用有限元法将这些二维离散方程进行耦合,可以得到原三维弹性力学问题的快速耦合方法数值解的求解公式．通过数值算例验证了本文快速耦合方法求解三维弹性力学问题的收敛性,将数值解与解析解对比,说明了本文方法求解三维弹性力学问题的有效性．     

一维六方准晶非周期半平面的有限摩擦接触问题

为了充分利用材料,准确确定准晶的接触变形具有重要的理论和现实意义。利用复变函数方法求解了常见的一维六方准晶非周期上半无限平面的有限摩擦接触问题,求得在平底刚性压头作用下接触面上接触应力及接触位移的显式表达式。数值算例讨论了摩擦系数、耦合系数对接触应力及接触位移的影响,讨论了量纲为一的接触应力与量纲为一的接触位移的相互关系。由数值结果可知:接触应力在接触区域边缘处有奇异性;当摩擦系数分别取0.05、0.10、0.15时,声子场接触应力在接触面内的变化值介于0.005GPa~0.01GPa,相位子场接触应力在接触面内的变化值介于0.5MPa~1.5MPa,由此可以看出摩擦系数对接触应力大小影响甚小;当耦合系数取不同值时,声子场接触应力在接触面内的变化值介于0.003GPa~0.014GPa,相位子场接触应力在接触面内的变化值介于5MPa~8MPa,从而可得耦合系数对声子场接触应力值的变化几乎没有影响,对相位子接触应力值的变化有比较明显的影响;当耦合系数取不同值时,声子场接触位移在接触面内的变化值介于0mm~0.02mm,因此可知耦合系数对声子场接触位移的影响几乎可以忽略;随着量纲为一的声子场接触应力的增大,量纲为一的接触位移也在增大;声子场接触应力在接触区域边缘处会产生应力集中的现象。     

传热与接触两类问题耦合作用的有限元分析

考虑传热接触耦合作用的热力学分析问题大量存在于工程中,分析的难点是必须考虑热与可移动接触边界间的耦合作用。针对这类问题的求解,该文给出了接触边界上热交换与温度边界条件,并在此基础上建立了两类变分方程,一类是热力学变分泛函,其考虑了接触区域对结构热传导的影响;另一类是二维热弹性接触分析的参数变分原理,可以方便地对接触问题进行求解。文中给出有限元分析的离散公式,并进一步给出两类问题耦合分析的迭代算法,其中接触分析的惩罚因子是可以消除的,数值结果验证了该文的理论与算法。     

带源参数的二维热传导反问题的无网格方法

利用无网格有限点法求解带源参数的二维热传导反问题,推导了相应的离散方程. 与 其它基于网格的方法相比,有限点法采用移动最小二乘法构造形函数,只需要节点信息,不 需要划分网格,用配点法离散控制方程,可以直接施加边界条件,不需要在区域内部求积分. 用有限点法求解二维热传导反问题具有数值实现简单、计算量小、可以任意布置节点等优点. 最后通过算例验证了该方法的有效性.     

基于纯声子辐射模型的超薄绝缘夹层结构

在复合材料结构中起绝热、增韧作用的绝缘夹层,其加工厚度现在已达到纳米量级,原有的傅立叶热传导定律已无法描述其热能的传递行为,需从分子动力学、量子力学从发,针对不同研究对象建立相应的热传导模型．针对超薄绝缘夹层结构,将纯声子辐射模型和傅立叶热传导模型相结合数值求解热冲击条件下的温度场,并作为热载荷,用于求解结构上表面应力和夹层裂纹驱动力,其结果与只采用傅立叶热传导模型计算的结果相比较, 分析了物理参数对温度、应力和裂纹驱动力的影响．结果表明：与只采用傅立叶热传导模型计算的结果相比,按EPRT计算的热传导明显变慢,其表面剥离应力偏大,而夹层裂纹驱动力偏小．同时随着松弛时间增大和声子速度的降低,热传导减缓,表面横向剥离应力增大,超薄绝缘夹层内裂纹尖端驱动力减小．     

近场动力学与有限元方法耦合求解热传导问题

求解含裂纹等不连续问题一直是计算力学的重点研究课题之一,以偏微分方程为基础的连续介质力学方法处理不连续问题时面临很大的困难. 近场动力学方法是一种基于积分方程的非局部理论,在处理不连续问题时有很大的优越性. 本文提出了求解含裂纹热传导问题的一种新的近场动力学与有限元法的耦合方法. 结合近场动力学方法处理不连续问题的优势以及有限元方法计算效率高的优势,将求解区域划分为两个区域,近场动力学区域和有限元区域. 包含裂纹的区域采用近场动力学方法建模,其他区域采用有限元方法建模. 本文提出的耦合方案实施简单方便,近场动力学区域与有限元区域之间不需要设置重叠区域. 耦合方法通过近场动力学粒子与其域内所有粒子(包括近场动力学粒子和有限元节点)以非局部方式连接,有限元节点与其周围的所有粒子以有限元方式相互作用. 将有限元热传导矩阵和近场动力学粒子相互作用矩阵写入同一整体热传导矩阵中,并采用Guyan缩聚法进一步减小计算量. 分别采用连续介质力学方法和近场动力学方法对一维以及二维温度场算例进行模拟,结果表明,本文的耦合方法具有较高的计算精度和计算效率. 该耦合方案可以进一步拓展到热力耦合条件下含裂纹材料和结构的裂纹扩展问题.