微尺度下广义电磁热弹性耦合行为的力学分析

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该文基于广义传热学理论,对于空间宏观、时间微观的电、磁、热、弹性多场耦合问题及时、空皆微观的金属薄膜中的热传导问题进行了研究.我们首先分析了压电介质受热冲击作用的广义的压电热弹耦合问题;其次研究了电磁介质受热冲击的广义的电磁热弹耦合问题;最后探讨了金属薄膜中的热传导问题.在对广义的压电热弹耦合问题的讨论中,分别就半限长压电杆和半限大厚压电板的热冲击问题进行了研究;在对广义的电磁热弹耦合问题的讨论中,分别就半无限大体和无限长圆柱的热冲击问题进行了研究.在研究一维半无限长压电杆在其端部受到热冲击时的边值问题时,建立了L-S型及G-L型的广义压电热弹耦合的控制方程,借助于状态空间法和拉普拉斯正、反变换技术,利用级数展开法对问题进行了求解,得到了应力、位移及温度分布的解析解,发现压电杆中的温度分布存在两个阶跃点.在探讨理想导体的半无限大电磁介质的电磁热弹耦合的二维问题时,首次建立了L-S型广义电磁热弹性耦合的有限元方程,利用混合拉普拉斯变换-有限元方法,得到了瞬态热冲击作用下介质中的温度、位移、感应的磁场的分布规律.在探讨半无限大金属薄膜在边界上受简谐温度作用的一维热传导问题时,利用电子-声子相互作用的抛物两步热传导模型,考虑金属晶格对热传导的影响,应用拉普拉斯变换及数值反变换技术,得到了温度的分布,并讨论了金属晶格相对热扩散率F<,1>、电子相对热扩散率F<,e>、热松弛时间比值B及外加简谐温度的频率ω的效应对金属薄膜中温度分布的影响.研究结果表明,晶格对温度分布有着显著的影响;薄膜中的温度及热影响区随着F<,e>的增大而降低,而随F<,1>、B及ω的增大而增大;热在薄膜中以有限的速度进行传播.
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