多孔介质半无限大体、微尺度杆及空心球腔结构的多场耦合瞬态行为研究

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经典传热学理论认为热传播速度无限大,随着工业技术的不断革新与发展,学者们通过实验观察发现热的实际传播情形与经典理论相悖。尤其是在一些极端热现象中,传统传热理论已经无法对其极端传热过程进行准确的描述。为了寻找能够描述极端环境中热的传播规律,许多学者提出了一系列广义热弹性理论对经典传热理论进行修正,其中包括L-S广义热弹性理论、G-N广义热弹性理论、三相滞后广义热弹性模型等。以及在这些理论基础上通过引入非局部参数,分数阶参数,建立的非局部广义热弹性理论和分数阶广义热弹性理论。近年来随着材料技术的革新,多孔材料因其相对密度低、隔热隔声、透气性好等优点而被广泛应用于航空航天、电子通信、石油化工、土木工程、生物医药等领域。尤其是在高温梯度或超快加热等环境下,揭示多孔介质材料的极端传热条件下的力学行为,对于指导其潜在应用和优化具有重要意义。并且,在现有文献中关于广义热弹性理论下多孔介质材料的研究未见诸文献。故本硕士论文基于三相滞后广义热弹性模型、L-S广义热弹性理论、非局部效应、分数阶理论,运用拉普拉斯变换及其反变换方法分析了多孔介质结构的广义热弹耦合问题。具体研究内容如下:(1)基于三相滞后广义热弹性模型和多孔介质热弹性理论,研究了受到坡型热冲击作用时半无限大多孔介质结构的动态响应问题。分别考察了不同时间迟滞因子、时刻和广义热弹性理论下,无量纲应力、温度、位移以及体积分数场的变化规律。结果表明:不同时间迟滞因子和不同广义热弹性理论对多孔介质结构中各物理量具有显著的影响。(2)基于L-S广义热弹性理论和多孔介质热弹性理论,将非局部参数引入其中,推导了考虑非局部效应下L-S广义多孔介质热弹性理论的控制方程,研究了上端受到移动热源作用时两端固定多孔介质微尺度杆件的动态响应问题。分别考察了不同时间迟滞因子、热源移动速度、非局部参数对无量纲应力、温度、位移和体积分数场的影响。同时,基于L-S广义热弹性理论对比研究了多孔介质结构与不含孔隙结构在移动热源作用下的动态响应问题。结果表明:时间迟滞因子和移动热源的变化都会对各物理量产生明显的影响,除了温度以外,非局部参数的变化对其他物理量都有一定程度的影响。含有孔隙结构与不含孔隙结构中各物理量的变化存在较大差异。(3)基于L-S广义热弹性理论和多孔介质热弹性理论,将分数阶参数引入其中,得到了考虑分数阶理论的多孔介质L-S广义热弹性理论控制方程。且利用得到的L-S型多孔介质广义热弹性理论,解决了内部受坡型热冲击作用时含球形空腔的多孔介质无限大体结构的动态响应问题。与此同时,分析了不同时间迟滞因子、分数阶参数对无量纲应力、温度、位移和体积分数场的影响。研究结构表明:此结构中的各物理量都会受到时间迟滞因子,分数阶参数变化的影响。
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