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.      

纤维增强金属基复合材料整体蠕变性能的细观力学分析

高温下金属基复合材料的蠕变主要由基体蠕变和界面扩散蠕变两部分构成,以往的研究中常常只考虑其中一种蠕变机理,从而导致得到的规律具有较大的局限性．本文提出了一种可预测金属基复合材料整体蠕变性能的细观力学方法,同时考虑了基体蠕变和界面扩散蠕变两种蠕变机理,导出了具有张量形式并满足不可压缩性的界面扩散蠕变应变表达式．采用Mori-Tanaka法和自洽法二者结果的平均以便更准确地计算纤维中的应力,揭示了两种蠕变机理相互影响的竞争关系．研究了恒定双轴荷载下的总体蠕变和固定位移约束下的应力松弛这两种常见蠕变问题,探究了基体蠕变与界面扩散蠕变两种蠕变机理在总蠕变中发挥的作用,考察了不同加载条件和不同纤维体积分数对复合材料整体蠕变行为的影响．     

颗粒增强复合材料中微观热应力和残余应力分析

运用空间配位体密堆模型和球对称分析单元，分析计算了颗粒增强复合材料经历温度变化后产生的微观热应力和残余应力。分析结果表明，温度升高时界面产生径向张应力，降温时产生压应力。存在一个基体开始发生塑性变形的临界温差ｔ＿ｐ，其值随增强体体积分数Ｖ＿ｐ增加而降低。除组元间热膨胀系数差和弹性常数外，基体材料本构关系和屈服强度对热应力和残余应力均有很大影响。随Ｖ＿ｐ增加，微观应力和水静宏观应力幅值上升。但粒子周围塑性区尺寸近似与Ｖ＿ｐ无关。给出了不同变温条件下残余应力的确定方法。     

具有界面相的球形粒子在无限大基体中的应力集中分析

研究了无限大基体内具有界面相的球形粒子在轴对称载荷作用下的应力场,并与线弹簧界面模型的情形进行了比较,对粒子／界面相以及界面相／基体两个界面的应力集中系数以及粒子内部的应力集中系数进行了分析．研究了应力二轴度、界面相厚度以及三相的模量对应力集中系数的影响．结果表明,对给定的模量和界面相厚度值,存在一个临界应力三轴度值．若应力二轴度小于此临界值,则界面相／基体界面的应力集中系数大于粒子／界面相界面的应力集中系数;否则,前者会小于后者．所做的应力分析可以为颗粒增强复合材料的强韧化设计提供一定参考．     

含椭圆夹杂正交各向异性体的界面应力研究

本文研究了远场作用反平面载荷时含椭圆夹杂正交各向异性体的界面应力分布规律．利用解析函数边值问题理论和共形映射技术,推导了反平面载荷下含椭圆夹杂正交异性体的精确解,获得了夹杂和基体内应力场的闭合解,并通过有限元结果验证了本文解析解的有效性．研究表明：基体材料主方向弹性模量比C55/C44和夹杂形状比 对界面应力影响显著;基体材料主方向模量比C55/C44对界面应力的影响受夹杂/基体模量比Cf/C44的限制．     

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.     

纤维／基体界面裂纹扩展断裂能

本文通过研究纤维／基体界面裂纹断裂能，分析了几种界面脱粘断裂功的理论表达式；着重研究了单纤维拔出试验中界面残余压应力及界面摩擦对界面裂纹能量释放率的重要性．     

基于界面端奇异性理论的单纤维拔出试验的试件设计

在单纤维拔出试验中，由于试件的界面端存在应力奇异性，这使试验所得到的界面剪切强度数据失去合理性[1]。但从文献[1]关于微珠脱粘试验研究的结论中可以发现当基体的楔形角小于某临界角度后，微珠试件界面端应力奇异性几乎消失。由此启发我们设计出一种楔形角小于该纤维／基体系统临界角的锥面的拔出试件，这样即可以防止出现传统拔出试件在界面端的强应力奇异性，又可以避免微珠脱粘试验自身的缺陷。界面端具有任意楔形角的轴对称模型被用于分析和确定纤维／基体系统的临界角，对方程进行渐近展开和分离变量处理，根据边界条件可以得到关于特征值λ的特征方程，针对确定的纤维／基体系统可以得到特征值和楔形角的关系曲线，我们把应力奇异性指数等于-0．005时所对应的楔形角定义为临界角，以及根据临界角设计锥面拔出试件的方法。     

含空心球涂层粒子复合材料界面的脱粘应力分析

在球对称拉伸载荷作用下针对空心球涂层复合材料分析了空心球涂层粒子增强复合材料的局部应力场，得到了界面临界脱粘应力的解析表达式．讨论了各相几何参数对非均匀涂层空心球粒子临界脱粘应力的影响，比较了均匀涂层和非均匀涂层的脱粘应力．结果表明：在球对称拉伸下界面脱粘更容易发生在涂层相与基体相界面间，空心球的壁厚和涂层厚度是影响界面临界脱粘应力的重要因素，因而选择适当的空心球、涂层厚度和提高界面粘结能将有利于提高界面的临界脱粘应力．     

涂层/基体体系的界面应力分析

针对热防护涂层的承载特征,建立了涂层、基体体系的平面应变模型.以均匀应变差比拟热膨胀失配,基于最小功原理,推导了完整涂层/基体界面应力的级数解.分析结果表明,在自由端面附近,界面应力集中明显,其峰值达到了与涂层内拉应力相当的量级.涂层膨胀或收缩,界面正应力分别呈现压应力或拉应力状态,界面剪应力也发生方向交变.     

稳态温度场下填充介质流道表面的动态热应力分布研究

通过转轴和移轴的方法,研究了在稳态温度场中二维任意形填充流道边界的动态热应力分布问题,并给出了此问题的一般解析解,也得到了二维任意形填充流道边界的动态热应力分布系数的计算方法。作为一个具体的算例,给出了二维填充椭圆孔边界的动态热应力分布问题的数值结果,并进行了讨论。     

岩石钻爆开挖中预裂缝的隔震效果分析

通过应力波与由节理刚度系数描述的预裂缝的相互作用分析，考虑预裂缝在爆炸应力波作用下的闭合效应及预裂缝充水等条件下，研究了预裂缝的隔震机制与隔震效果，从而为岩石开挖过程中周边控制爆破方式的优选提供了理论依据。     

含埋藏椭圆形裂纹金属构件电磁热止裂时热应力场分析

对带有椭圆埋藏裂纹金属构件在脉冲放电瞬间的热应力场进行了理论分析。在热应力场的求解中,利用了热传导和非定常热应力理论,由求解的热应力场公式发现：在脉冲放电瞬间,电磁热在裂纹尖端形成热压应力场,热压力场可有效地抑制裂纹的扩展。以Cr12MoV模具钢中埋藏椭圆裂纹止裂为例,具体计算了脉冲放电瞬间的热应力场分布情况,为空间裂纹电磁热止裂技术的实际应用提供了理论基础。     

Interaction of Transverse Heterogeneity and Thermal Development of Forced Convection in a Porous Medium

The classical Graetz methodology is applied to investigate the thermal development of forced convection in a parallel plate channel filled by a saturated porous medium whose permeability and thermal conductivity vary in the transverse direction. It was found that there is a significant interaction between heterogeneity and thermal development.     

高温下钢管自密实混凝土界面接触热阻试验研究

钢管混凝土结构的火灾性能研究通常要考虑钢管和混凝土的界面接触热阻问题,本文对钢管自密实混凝土柱的界面接触热阻进行了试验研究。制作了8个钢管自密实混凝土柱,依据Fourier定律和Newton冷却定律得到了钢管混凝土界面接触热阻的求解方法。利用有限元和多项式拟合外推得到界面温度,得出钢管混凝土接触热阻随着钢管界面温度的变化规律。试验结果表明,未受载的钢管自密实混凝土界面接触热阻平均值范围在0.002~0.01m2·K/W,与其他文献结果相比有一定可靠性。     

Effect of an Inserted Porous Layer Located at a Wall of a Parallel Plate Channel on Forced Convection Heat Transfer

A theoretical study is performed on heat and fluid flow in partially porous medium filled parallel plate channel. A uniform symmetrical heat flux is imposed onto the boundaries of the channel partially filled with porous medium. The dimensional forms of the governing equations are solved numerically for different permeability and effective thermal conductivity ratios. Then, the governing equations are made dimensionless and solved analytically. The results of two approaches are compared and an excellent agreement is observed, indicating correctness of the both solutions. An overall Nusselt number is defined based on overall thermal conductivity and difference between the average temperature of walls and mean temperature to compare heat transfer in different channels with different porous layer thickness, Darcy number, and thermal conductivity ratio. Moreover, individual Nusselt numbers for upper and lower walls are also defined and obtained. The obtained results show that the maximum overall Nusselt number is achieved for thermal conductivity ratio of 1. At specific values of Darcy number and thermal conductivity ratio, individual Nusselt numbers approach to infinity since the value of wall temperatures approaches to mean temperature.     

LAMINAR DISSIPATIVE FLOW IN A POROUS CHANNEL BOUNDED BY ISOTHERMAL PARALLEL PLATES

IntroductionTheproblemofforcedconvectioninaporousmediumchannelorductisaclassicalone (atleastforthecaseofslugflow (Darcymodel) .Therehasrecentlybeenrenewedinterestintheproblembecauseoftheuseofhyperporousmediainthecoolingofelectronicequipment.Recently ,NieldandBejan[1]refertomorethan 3 0papersonthetopic ,butnoneofthemdealsexplicitlywiththecaseofthermaldevelopment.ThisgapintheliteraturehasbeenpartlyfilledbyNieldetal.[2 - 4 ].Lahjomrietal.[5 ,6 ]havesolvedmathematicallysimilarproblemsbyusingthe…     

LAMINAR DISSIPATIVE FLOW IN A POROUS CHANNEL BOUNDED BY ISOTHERMAL PARALI,EL PLATES

The effects of viscous dissipation on thermal entrance heat transfer in a parallel plate channel filled with a saturated porous medium, is investigated analytically on the basis of a Darcy model. The case of isothermal boundary is treated. The local and the bulk temperature distribution along with the Nusselt number in the thermal entrance region were found. The fully developed Nusselt number, independent of the Brinkman number, is found
to be 6. It is observed that neglecting the effects of viscous dissipation would lead to the well-known case of internal flows, with Nusselt number equal to 4.93. A finite difference numerical solution is also utilized. It is seen that the results of these two methods, analytical and numerical, are in good agreement.     

摩擦粒子填充材料对高速列车闸片制动性能的影响

在自行研制的制动缩比试验台上,对中心孔填充不同材料的高速列车制动闸片摩擦粒子进行拖曳制动试验,并采用有限元分析方法进行制动系统复特征值和接触应力分析,探讨填充不同材料对磨损特性、振动噪声和热分布的影响. 结果表明:原始摩擦粒子中心孔填充材料后,对制动系统的摩擦系数和模态耦合特性未产生显著影响,但对界面磨损行为和系统振动噪声特性产生明显影响. 填充粉末冶金后排屑行为下降,磨损行为更为复杂,制动系统产生的噪声增大;而填充紫铜、石墨和铸铁后的制动噪声均有所降低,尤其填充铸铁后表面磨损相对均匀,其摩擦学性能相较于其他粒子得到一定的改善. 填充材料产生的磨屑及相应的界面磨损行为是影响制动摩擦振动噪声和表面热分布的关键因素,填充合理的材料有助于降低制动噪声和改善制动界面磨损行为及表面热分布.