边界温度对二维功能梯度板瞬态热应力场影响

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本文以二维常物性FGM平板作为研究对象,针对平面温度场与应力场,运用有限元方法编写有效的计算程序,计算出应力场的数值解,将数据导入matlab绘制出热应力图,根据图形变化进行定性与定量分析。本文着重研究了在第一类边界条件下,采用二维FGM热力学物性参数模型时在不同边界位置设置不同形式的边界温度条件对热应力场的影响。边界温度对二维功能梯度板瞬态热应力场影响结果表明:在二维FGM金属/金属/陶瓷平面上边界设置不同形式的加热边界条件,加热温度分别为常函数、线性函数、抛物线函数与正弦函数,起始温度从700~1300K。分析可知,在瞬态加热温度场下,板内部的应力为压力;固定相对坐标x/l,应力最大值位于上边界陶瓷侧,这就能充分发挥陶瓷的抗压能力;各等值应力线沿横纵两向分布的范围伴随着数值减小而逐渐缩小,有逐渐向右下边界收敛的趋势,说明应力梯度在向右下边界逐渐增大;随着板上边界温度上升,最小应力值与最大应力值均有较大幅度的上升,增长比例均在75%以上。在二维FGM金属/金属/陶瓷平面上下边界和四周边界设置不同形式的加热边界条件,上边界加热温度分别为常函数、线性函数、抛物线函数与正弦函数,起始温度从700~1300K;固定y/b坐标,沿横向左侧应力值大于右侧应力值,这与板内部热导率不均匀有关;上侧热应力线梯度较大,沿纵向热应力线梯度逐渐减小。右下边界热应力线梯度最小。且有逐渐向左下、右下边界收敛的趋势;随着板上边界温度上升,等值应力线越来越远离上边界,这说明板内热传递效应越来越明显;在不同的起始温度下,最大最小热应力数值之间的差值几乎是相同的。因此可知在下边界加热温度为常温函数,上边界加热温度等值依次递增时,热应力值也是呈线性递增关系。通过对二维功能梯度板热应力场进行的研究,得出了不同的边界温度条件对瞬态热应力场的影响。为二维FGM结构的设计、优化和应用提供了更为全面、具体的计算依据。
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