三相有限延迟型非Fourier介质热力耦合传播模式和群速度

给出了三相有限延迟型非Fourier介质的热力耦合传播的基本解,得到传播速度及其界限的结论。正值对数温升率相应的基本解表示温度和变形的指数分布形式较一定速度的传播,其传播速度与对数温升率有关;各个对数温升率相应的传播模式的总和,不存在恒定的传播速度,而是两个群速度。两个群速度都是有界数集。在热力无耦合情况下,一个群速度蜕化为具有恒定数值的膨胀波速,即第一声速;另一个群速度蜕化为温度波波速。后者也是一个群速度,其上确界为CV型介质温度波速的0.6065倍。     

螺杆泵动力学热力耦合分析方法研究

地面驱动螺杆泵是一种广泛应用于油田采油工程中的人工举升装置。由于螺杆泵深置地下的油管中,密封性很强,很难现场测试工作过程中定子橡胶材料的温度变化以及温度变化引起的定子变形。本文采用有限元方法分析螺杆泵定子的热力耦合效应,讨论定子橡胶材料温度变化的物理机理。用热力学单向解耦分析方法分析单螺杆泵定子橡胶材料的温度分布场以及温度分布引起的定子型线变化。讨论了过盈量、转子转速对温度分布和定子型线变化的影响。     

含高温度梯度及接触热阻非线性热力耦合问题的谱元法

建立了含高温度梯度及接触热阻的非线性热力耦合问题的谱元法格式, 考虑了温度相关的热导率、弹性模量、泊松比和热膨胀系数, 以及界面应力相关的接触热阻的影响. 谱元法的插值函数基于非等距分布的Lobatto结点集或第二类Chebyshev结点集, 兼具谱方法的高精度和有限元法的灵活性. 数值算例表明, 建立的谱元法计算格式可以高效高精度地求解域内高温度梯度以及含接触热阻的非线性热力耦合问题, 不仅收敛速度快于传统有限元法, 而且用较少的自由度和较短的计算时间即可得到比传统有限元法更高精度的计算结果, 在工程实际热力耦合问题中具有广阔的应用前景.      

基于常规态型近场动力学的热力耦合变形破坏分析

基于常规态型近场动力学(Peridynamics, PD)理论,考虑物质点之间的非局部热传导,采用拉格朗日坐标系下的欧拉-拉格朗日方程,推导出常规态型近场动力学热传导方程;结合热力学第一定律和自由能函数建立了常规态型近场动力学热力耦合方程。模拟了含单孔单裂纹和多孔多裂纹板的热传导问题以及典型混凝土构件的热致变形和热力耦合破坏问题,并根据模拟出的温度分布及裂纹扩展情况,验证了本文模型和方法的有效性。基于提出的模型进一步分析了含初始裂缝混凝土三点弯梁的破坏过程及温度梯度和初始裂缝位置对其的影响。将提出的PD热力耦合模型运用于混凝土材料,使PD理论与工程应用相结合。     

基于约束函数法的热力耦合有限元分析

分析了滑移接触条件下热力耦合现象,建立了热力耦合的有限元分析连续模型,提出了系统动力学平衡方程和热力学平衡方程。对系统中物体间的接触条件进行了分析,得到了物体间接触条件的数学表达式,在此基础上,用约束函数表示接触约束条件。应用变分原理对约束函数进行变分,与系统平衡方程组成非线性方程组对热力耦合问题进行求解。实例表明,用约束函数法求解热力耦合问题,收敛性较好,算法稳定,计算结果能反映实际。     

热冲击下机械结构非线性热力耦合模型的建立

在热弹性耦合理论的基础上，考虑热冲击作用下弹塑性变形功的影响，建立了非线性热力耦合有限元模型。其中包括：基于能量守恒原理建立的非线性瞬态温度场模型；考虑几何非线性及材料非线性的位移场模型；求得改进应力场的最小二乘法模型。基于FEPG软件平台进行了实例求解，计算结果表明了此耦合模型的有效性。此模型的建立，拓展了热力耦合理论的应用范围，具有较高的工程实用价值。     

机械密封热力耦合有限元模型与密封性能分析

以接触式机械密封为研究对象,考虑密封环的热力变形和液膜温度、厚度等的耦合关系,建立了二维轴对称热力耦合计算模型,采用有限元与数值迭代技术实现了模型的数值解算,研究了密封端面热力变形规律,分析了不同密封压力下的密封性能.结果表明:热力耦合变形作用下,端面形成收敛型泄漏间隙,最小膜厚位于端面内靠近内径侧位置,最高温度位于最小膜厚处;随密封压力的增大,端面最小膜厚减小,端面最大温升、摩擦扭矩和泄漏率相应增大.采用的模型和计算方法可用于海洋装备用机械密封结构的优化设计.     

冻土水热力耦合作用的数学模型及数值模拟

将冻土体视为空间弹性体,提出了土体在冻结过程中水分场、温度场、应力场三场耦合的一般数学模型,并给出了相应的离散方程及其解法,最后给出了数值算例,并与实测值比较,证明了该模型和算法的正确性。     

NiTi形状记忆合金裂纹尖端热力耦合行为研究

本文对NiTi形状记忆合金I型裂纹尖端热力耦合行为进行了数值仿真分析和实验验证。建立了包含相变和热力耦合的本构模型,通过有限元计算得到了裂纹尖端附近的纵向应变、马氏体体积分数和温度场分布,依据马氏体相变情况对裂纹尖端有效应力强度因子进行了修正,揭示了加载速率对形状记忆合金裂纹尖端有效应力强度影子的影响规律。参数研究表明,随着加载频率的增加,裂纹尖端附近温度逐渐升高,马氏体相变区域逐渐缩小,有效应力强度因子呈下降趋势,形状记忆合金表现出增韧效应,有助于减缓裂纹扩展。本研究结果对于揭示热力耦合作用下超弹性形状记忆合金疲劳裂纹扩展规律具有重要参考意义。     

盐岩地下新能源储备库高频注采热力耦合效应对围岩长期变形的影响

盐岩因其致密性被公认为地下储能的良好介质,随着我国双碳战略的提出,利用盐岩进行地下新能源存储备受关注。盐岩新能源储备库运营过程中的高频注采造成了盐岩溶腔温度和应力场的高频往复。本文对高频注采效应下盐岩新能源储库的长期形变进行了热力耦合计算,并与传统能源储库的变形过程进行了对比。结果表明：新能源储库在考虑热力耦合情况下围岩最大位移增大7.8%,相较于传统能源储库,热效应对新能源储备库的影响更为显著,在新能源储库的稳定性评估中应充分考虑热效应的影响。     

脆性材料热-力耦合模型及热破裂数值分析方法

针对混凝土、岩石等脆性材料,利用热传导和热-力耦合的相关理论,并结合材料在细观尺度上的损伤演化规律,提出了一种考虑损伤的热-力耦合模型,并在原有材料破坏过程分析系统RFPA(Realistic Failure Process Analysis)模型的基础上建立了脆性材料热破裂过程分析的数值模拟方法.该方法考虑了脆性材料在细观层次上力学性质的非均匀性(包括强度、弹模、传导系数等),并通过统计分布函数建立了宏、细观力学性能之间的联系.对不同均匀程度材料的数值模拟结果表明:材料的非均匀性对热传导规律、热应力分布以及热破坏模式有较大的影响.材料热力学性质的非均匀性加剧了材料内部热应力分布的非均匀性,这是致使非均匀材料热破裂的一个重要因素.对稳态和瞬态热传导两种条件下的脆性介质破裂过程模拟分析表明,考虑瞬态热传导计算所得到的破裂区小于相同条件下稳态热传导所得到的结果,表明在热破裂过程分析中,应注重考虑瞬态热传导对破裂过程的影响.     

采用包络-准则法优化考虑瞬态传热的薄板结构

刚度和强度是薄板结构的两个主要性能。在瞬态传热过程中,考虑热-力耦合,随时间和空间变化的非均匀温度场在结构中会引起热变形和热应力,温度场随时间变化的规律和空间分布依赖于板的厚度变化,进而影响板的刚度和强度。因此,考虑瞬态传热的薄板优化问题具有更强的非线性,更加难以求解。本文给出一种包络-准则方法处理这类结构优化问题。首先,针对外力荷载,进行一个结构柔顺性的优化设计;以这一设计为基础,通过瞬态热-力耦合分析及优化准则,计算多个时刻的优化设计变量并取其包络,对上述优化结果进行迭代修正,以消除瞬态温度场作用下较高的局部应力。优化算例表明,该方法对于考虑瞬态传热薄板优化问题有效。     

A note for analysis of thermo-mechanical contact problems

A discussion about the bifurcation and non-uniqueness of solutions in the analysis of thermo-mechanical contact problems with initial gap is given. Without loss of generality, a mechanical contact problem coupled with steady heat transfer is studied and an example of non-uniqueness of solutions caused by the thermo-mechanical mechanism is presented. The important work is that the non-uniqueness of solutions, which is different from that found in the analysis of the traditional frictional contact problems, is studied in detail. The possible oscillation and non-convergence problems in the iteraction process of the numerical computation are discussed, and an enhanced algorithm is put forward to overcome the difficulties. Project sypported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 50178016, 10225212 and 19872016), the National Key Basic Research Special Foundation (No. G1999032805) and the Foundation for University Key Teacher by the Ministry of Education.     

A mixed Newton-Tikhonov method for nonlinear ill-posed problems

Newton type methods are one kind of the efficient methods to solve nonlinear ill-posed problems, which have attracted extensive attention. However, computational cost of Newton type methods is high because practical problems are complicated. We propose a mixed Newton-Tikhonov method, i.e., one step Newton-Tikhonov method with several other steps of simplified Newton-Tikhonov method. Convergence and stability of this method are proved under some conditions. Numerical experiments show that the proposed method has obvious advantages over the classical Newton method in terms of computational costs.     

A finite element model for numerical simulation of thermo-mechanical frictional contact problems

Two kinds of variational principles for numerical simulation of heat transfer and contact analysis are respectively presented. A finite element model for numerical simulation of the thermal contact problems is developed with a pressure dependent heat transfer constitutive model across the contact surface. The numerical algorithm for the finite element analysis of the thermomechanical contact problems is thus developed. Numerical examples are computed and the results demonstrate the validity of the model and algorithm developed. The project supported by the National Key Basic Research Special Foundation (G1999032805), the National Natural Science Foundation of China (50178016, 10225212) and the Foundation for University Key Teacher by the Ministry of Education of China     

一类非线性发展方程的交替分组的并行数值算法

给出了一类非线性发展方程的交替分组4点格式,并得到该方法的无条件稳定性及具有并行本性兼顾的结果。能够适合在并行计算系统上使用。文中还进行了并行计算的数值实验。     

An effective boundary method for the analysis of elastoplastic problems

In this paper, a series of effective formulae of the boundary element method is presented. In these formulae, by using a new variable two kernels are only of the weaker singularity of Lnr (where r is the distance between a source point and a field point). Hence, the singularities in the conventional displacement formulation and stress formulation at internal points are reduced respectively so that the "boundary-layer" effect which strongly degenerates the accuracy of stress calculation by using original formulae is eliminated. Also the direct evaluation of coefficients C (boundary tensor), which are difficult to calculate, is avoided. This method is used in elastoplastic analysis. The results of the numerical investigation demonstrate the potential advantages of this method.     

用于爆炸流场与结构间相互作用分析的Euler-Lagrange耦合模拟技术

介绍了1种把Eulerian计算过程和Lagrangian计算过程耦合起来的数值技术,编写了计算程序,把爆炸流场作用过程和结构动力学响应过程的计算结合起来,实现了爆炸流场对结构加载和结构动力响应 及对爆炸流场反作用过程的模拟.利用Eulerian过程的流体弹塑性有限差分计算程序MMIC(multi-materials ...     

不同材料契合弹性力学问题的虚边界元最小二乘法

本文针对不同材料契合弹性力学问题,由虚边界元方法出发,建立了引入拉氏乘子的最小二科解法,对该类问题避免了采用Ｈｅｔｅｎｙｉ’ｓ基本解的麻烦和限制。数值结果表明本文算法的有效性和计算精度高。