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相似文献
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1.
This paper is devoted to the thermal shock analysis for viscoelastic materials under transient heating loads. The governing coupled equations with time-delay parameter and nonlocal scale parameter are derived based on the generalized thermo-viscoelasticity theory. The problem of a thin plate composed of viscoelastic material, subjected to a sudden temperature rise at the boundary plane, is solved by employing Laplace transformation techniques. The transient responses, i.e. temperature, displacement, stresses, heat flux as well as strain, are obtained and discussed. The effects of time-delay and nonlocal scale parameter on the transient responses are analyzed and discussed. It can be observed that: the propagation of thermal wave is dynamically smoothed and changed with the variation of time-delay; while the displacement, strain, and stress can be rapidly reduced by nonlocal scale parameter, which can be viewed as an important indicator for predicting the stiffness softening behavior for viscoelastic materials.  相似文献   

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3.
根据爱因斯坦狭义相对论,热量具有其对应的相对论质量,并且引入了描述热质(热量)运动的连续方程、动量方程.本文根据热质(热量)运动控制方程组,导出了热质(热量)的波动方程,证明了热量具有波动的传递方式,当热质动能与热质的耗散在同一量级时,得到了有限的热波传播速度.分析了热波产生的物理机制.基于热质理论的热波模型与CV模型进行了比较,指出了CV模型在物理上的缺陷.最后对一维热波的传播过程进行了数值模拟,给出了超快速导热过程的物理图像.  相似文献   

4.
袁玲  沈中华  倪晓武  陆建 《物理学报》2007,56(12):7058-7063
激光激发超声波为评价材料近表面弹性性质提供了有效的手段. 考虑到由于冲击硬化、表面热处理、表面氧化等引起的金属材料近表面层弹性性质的变化,建立了一种激光在基底上的梯度材料中激发超声波的理论模型. 用有限元方法模拟了热弹条件下脉冲激光作用于材料上表面激发出的超声波及其传播过程,研究了近表面层离散的层数对超声波的产生和传播的影响,并分别讨论了表面层“变硬”和“变软”两种情况下声表面波的模式变化及用二维傅里叶变换得到各模式的色散曲线. 为进一步研究近表面层的弹性性质建立合理的计算模型及材料性质的反演提供了理论依 关键词: 超声波 有限元法 近表面弹性性质 色散  相似文献   

5.
过增元  曹炳阳 《物理学报》2008,57(7):4273-4281
根据爱因斯坦的质能等效关系式,热能具有的等效质量称为热质,从而在固态和气态介质中分别建立了声子气质量和热子气质量的概念.应用牛顿定律建立了含有驱动力、阻力和惯性力的热质(声子气或热子气)运动的动量守恒方程.由于热量在介质中的传递本质上就是热质(声子气和热子气)在介质中的运动,所以热质动量守恒方程就是普适的导热定律,能够统一描述各种条件下的导热规律.当热流密度不是很大从而热质惯性力可以忽略时,热质动量守恒方程就退化为傅里叶导热定律,这表明傅里叶导热定律是特殊条件下的导热定律,对于微纳尺度条件下的导热,热流密度可以极高,由速度空间变化引起的惯性力不能忽略,在稳态导热情况下也将出现非傅里叶导热,此时在计算或者实验中不能用热流密度除温度梯度求导热系数.在超快速加热条件下,必需考虑惯性力,与基于CV导热模型的波动方程相比,普适的导热定律增加了因速度空间变化引起的惯性力项,所以在介质中热波叠加时不会出现产生负温度的非物理现象,表明基于热质运动概念的普适导热定律更为合理. 关键词: 傅里叶导热定律 普适导热定律 热质运动 非傅里叶导热  相似文献   

6.
D.M. Chang  B.L. Wang 《哲学杂志》2013,93(23):2633-2646
The thermal shock strength of a ceramic material plate with a semi-elliptical surface crack is evaluated in this paper. The thermal stress distribution at the plate without crack is expressed by a polynomial form. The calculated thermal stresses are used to obtain the thermal stress intensity factors of semi-elliptical surface cracks using the geometric functions. Variations of thermal stress intensity factor with crack depth and time are obtained. For the strength evaluation of the material, crack growth analysis is conducted. In addition, the thermal shock resistance of the ceramic material plate is evaluated by the stress-based failure criterion and the toughness-based failure criterion. The critical temperature at which crack propagation starts is obtained. Applicability of the two failure criteria in thermal shock resistance evaluation of ceramic is identified and the importance of the semi-elliptical surface defects on the thermal shock resistance behaviour of ceramic materials is justified.  相似文献   

7.
 是否考虑康普顿散射光子的输运,用何种材料模型描述熔化、汽化和应变率效应,选用怎样的迎光自由面差分格式以及空间步长大小等因素,对X光热激波数值模拟结果都会产生重要的影响。依据热激波一维数值模拟结果,对上述各种因素的影响进行了定量分析。计算表明:在X光能谱比较软和辐照量较大时,物态方程、迎光自由面差分格式和空间步长大小对热激波的计算结果都会造成重要影响;在X光能增变硬时,康普顿散射的影响增大;在低压时,本构关系和屈服强度基本上控制了热激波的衰减规律。  相似文献   

8.
Z箍缩动态黑腔能够高效地将Z箍缩丝阵等离子体动能转换为黑腔辐射能,为驱动惯性约束靶丸聚变提供高品质的X射线辐射场.利用一维双温多群辐射磁流体力学程序MULTI-IFE,研究了"聚龙一号"装置驱动电流条件下的Z箍缩动态黑腔形成基本物理过程.数值模拟结果表明,在动态黑腔形成过程中,辐射热波的传播速度比冲击波的传播速度更快,比冲击波更早到达泡沫中心,使中心区域的泡沫在冲击波到达前就已具有较高的辐射温度.对于"聚龙一号"装置动态黑腔实验0180发次采用的负载参数,辐射热波和冲击波在泡沫中的传播速度分别约为36.1 cm/μs和17.6 cm/μs,黑腔辐射温度在黑腔形成初期约80 eV,在冲击波到达泡沫中心前可达100 eV以上,丝阵等离子体外表面发射的X射线能量集中在1000 eV以下.本文给出了程序采用的计算模型、美国"土星"装置丝阵内爆计算结果和"聚龙一号"装置动态黑腔实验0180发次模拟结果.  相似文献   

9.
PVDF在电子束辐射材料产生的热激波测量中的应用   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
 介绍了在“闪光二号”脉冲电子束加速器上采用PVDF压电传感技术测量编织材料等的电子束热激波传播特性的情况。实验得出:(1)在能注量为90~210 J/cm2范围内,对4 mm厚的编织材料及其叠层材料,热激波应力峰值σa<0.1 GPa,只有硬铝的十几分之一;(2)编织材料中的热激波作用时间被明显展宽,其平均值达2.6 μs,是硬铝中的7倍多。实验结果表明:(1)编织材料具有良好的衰减和展宽热激波的性能;(2)对编织材料等的宽作用时间热激波测量来说,PVDF压电传感技术具有极其优越的性质。  相似文献   

10.
The orientation dependence of planar wave propagation in beta-SiC is studied via the molecular dynamics (MD) method. Simulations are implemented under impact loadings in four main crystal directions, i.e., (lO0), (llO), 〈111〉, and 〈112}. The dispersion of stress states in different directions increases with rising impact velocity, which implies the anisotropic characteristic of shock wave propagation for beta-SiC materials. We also obtain the Hugoniot relations between the shock wave velocity and the impact velocity, and find that the shock velocity falls into a plateau above a threshold of impact velocity. The shock velocity of the plateaux is dependent on the shock directions, while 〈111} and 〈112/ can be regarded as equivalent directions as they almost reach the same plateau. A comparison between the atomic stress from MD and the stress from Rankine-Hugoniot jump conditions is also made, and it is found that they agree with each other very well.  相似文献   

11.
 热击波是电子束辐照靶材料时在其内产生材料响应的一个重要力学现象。论述了近两年来我们在“闪光二号”装置上进行电子束辐照平板靶产生热击波的实验研究。使用的靶厚为2.8~6.5 nm,靶材为LY-12铝,靶上能通量为87~152 J/cm2。实验结果表明,实测热击波应力峰值为0.35~2.0 GPa,热击波平均作用时间约为0.29 μs,均半高宽约为0.14 μs,平均上升时间约为0.10 μs。  相似文献   

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 采用校正的分子动力学方法研究了超短脉冲熔化单晶铜的动力学微观机制,建模时将熔化潜热的消耗及自由电子的热传导均考虑在内,使熔化过程的模拟更加真实。皮秒激光熔化单晶铜是一种过热熔化,可归因于液相在固相中的均匀形核。熔沿传播的速度高达5.8 nm/ps ,高于铜中声速。熔化发生在热约束区域内部,导致温度分布不太复杂,且卸载波对应力波的影响与应力约束区域相比较弱。  相似文献   

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《Physica B: Condensed Matter》2005,355(1-4):147-157
The nonlinear theory of thermal wave propagation at low temperatures, i.e. in the realm of hyperbolic heat conduction, is discussed with regard to implications of experimental data and numerical calculations. Simplifying assumptions of earlier approaches are replaced by a consequent nonlinear thermodynamics. The effects of nonlinearity on the solution behavior are investigated. In particular, Lax conditions on shock waves are analyzed and temperature ranges of admissibility for discontinuities are identified.  相似文献   

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Nonlinear wave propagation in constrained solids subjected to thermal loads   总被引:1,自引:0,他引:1  
The classical mathematical treatment governing nonlinear wave propagation in solids relies on finite strain theory. In this scenario, a system of nonlinear partial differential equations can be derived to mathematically describe nonlinear phenomena such as acoustoelasticity (wave speed dependency on quasi-static stress), wave interaction, wave distortion, and higher-harmonic generation. The present work expands the topic of nonlinear wave propagation to the case of a constrained solid subjected to thermal loads. The origin of nonlinear effects in this case is explained on the basis of the anharmonicity of interatomic potentials, and the absorption of the potential energy corresponding to the (prevented) thermal expansion. Such “residual” energy is, at least, cubic as a function of strain, hence leading to a nonlinear wave equation and higher-harmonic generation. Closed-form solutions are given for the longitudinal wave speed and the second-harmonic nonlinear parameter as a function of interatomic potential parameters and temperature increase. The model predicts a decrease in longitudinal wave speed and a corresponding increase in nonlinear parameter with increasing temperature, as a result of the thermal stresses caused by the prevented thermal expansion of the solid. Experimental measurements of the ultrasonic nonlinear parameter on a steel block under constrained thermal expansion confirm this trend. These results suggest the potential of a nonlinear ultrasonic measurement to quantify thermal stresses from prevented thermal expansion. This knowledge can be extremely useful to prevent thermal buckling of various structures, such as continuous-welded rails in hot weather.  相似文献   

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强脉冲激光在AZ31B镁合金中诱导冲击波的实验研究   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
为了研究强脉冲激光在镁合金中诱导冲击波的衰减,采用Nd:Glass脉冲激光(1054 nm,23 ns)对AZ31B变形镁合金试样表面进行冲击,并利用响应快、测量范围大的PVDF压电膜传感器以及示波器实时测量了强脉冲激光在镁合金靶中诱导激光冲击波的相对压力.根据冲击波每次在靶材背面反射时,所经过距离的不同得到激光冲击波在镁合金中的衰减规律.结果表明,在激光能量为5J的强脉冲激光作用下,镁合金中冲击波衰减的平均速度为5.83×103 m/s,与镁合金中应力波纵波的传播速度相符;强脉冲激光诱导冲击波在镁合金中是以指数规律衰减的.试验所得分析结果对激光冲击强化镁合金的应用具有重要意义. 关键词: 激光 镁合金 压电膜传感器 衰减规律  相似文献   

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王峰  彭晓世  刘慎业  李永升  蒋小华  丁永坤 《物理学报》2011,60(2):25202-025202
针对超高压下透明材料的高压离化机理,分析了透明材料中冲击波直接诊断技术的基本方法. 利用Drude-自由电子气模型,分析了不同冲击压力下冲击波阵面反射率的变化. 从理论上比较了不同探针光波长反射率的区别,发现探针光波长为660 nm时比探针光波长为532 nm时获得的冲击波阵面反射率要高. 对探测器"致盲"问题也进行了研究. 通过分析反射信号的时间顺序和强度大小,发现"致盲"效应是由X光对透明窗口离化引起的. 同时,发现方波驱动脉冲平台的前沿到达时刻和X光离化效应出现的时刻相同,冲击波信号到达时刻晚于X光离化时刻. 通过实验结果,得到蓝宝石中冲击波速度为35 km/s时,其波阵面的反射率约为40%. 通过理论分析和实验数据比对的方法,验证了蓝宝石中的减速曲线. 给出了加蓝宝石窗口后的测速公式. 经过和实验对比,确认了测速公式的正确性. 关键词: 冲击波 光学诊断 成像 干涉仪  相似文献   

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多孔脆性材料对高能量密度脉冲的吸收和抵抗能力   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
喻寅  贺红亮  王文强  卢铁城 《物理学报》2015,64(12):124302-124302
作用在脆性结构材料表面的高能量密度脉冲会以冲击波的形式传播进入材料内部, 导致压缩破坏和功能失效. 通过设计并引入微孔洞, 显著增强了脆性材料冲击下的塑性变形能力, 从而使脆性结构材料可以有效地吸收耗散冲击波能量, 并抑制冲击诱导裂纹的扩展贯通. 建立格点-弹簧模型并用于模拟研究致密和多孔脆性材料在高能量密度脉冲加载下的冲击塑性机理、能量吸收耗散过程和裂纹扩展过程. 冲击波压缩下孔洞塌缩, 导致体积收缩变形和滑移以及转动变形, 使得多孔脆性材料表现出显著的冲击塑性. 对致密样品、气孔率5%和10%的多孔样品吸能能力的计算表明, 多孔脆性材料吸收耗散高能量密度脉冲的能力远优于致密脆性材料. 在短脉冲加载下, 相较于遭受整体破坏的致密脆性材料, 多孔脆性材料以增加局部区域的损伤程度为代价, 阻止了严重的冲击破坏扩展贯通整个样品, 避免了材料的整体功能失效.  相似文献   

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王颖泽  宋新南  刘栋 《物理学报》2013,62(21):214601-214601
当热作用时间或受热器件结构尺寸呈现微尺度特征时, 热流运动的惯性效应将对热量的传递过程产生显著地影响. 基于热质的概念, 依据牛顿力学原理引入用于描述热质运动的热波方程, 结合各向同性材料的本构关系, 构建了计及热流运动惯性效应的广义热弹性动力学模型. 利用超常传热的微尺度特征, 采用解析的方法对半无限大体外表面受热冲击作用的一维问题进行了渐近求解. 通过对热波、热弹性波的传播和各物理场分布的分析以及与已有广义热弹性理论预测结果的对比, 揭示了热流运动的惯性效应对热弹性行为的影响. 结果表明:热量的传递除了受到热流加速的时间惯性影响之外, 热流运动的空间惯性也对传热行为产生影响, 当计及空间惯性时, 热波、热弹性波的波速、波前位置, 各物理场的建立时间、阶跃峰值及阶跃间隔均受到不同程度的影响. 关键词: 热惯性 热质运动 广义热弹性动力学模型 渐近分析  相似文献   

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The attention of this note is focused on the use of an infrared imaging system to monitor the unsteady thermal response of a glass fibre-reinforced polymer material to impact load. On the monitored surface during impact, the material undergoes first a cooling down due to thermo-elastic effects and then heating up because of dissipation of the impact mechanical energy. Mainly within the elastic phase, temperature variations occur during a very short time (fractions of seconds) and, thus, their visualisation can be performed only with a high-frequency imaging device. In this work, measurements were performed essentially during the elastic phase with the FLIR ThermaCam SC3000, which allows for a frame rate up to 900 Hz.  相似文献   

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