多種熱邊界下復(fù)合功能梯度板瞬態(tài)溫度場.pdf

1、功能梯度材料(FGM)是一種新型的非均勻復(fù)合材料，是指材料的化學(xué)構(gòu)成、微觀結(jié)構(gòu)和原子排列均由一側(cè)向另一側(cè)呈連續(xù)梯度變化，從而使材料的性質(zhì)和功能也連續(xù)地呈梯度變化。它有許多傳統(tǒng)材料無法比擬的優(yōu)越性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、核反應(yīng)堆、內(nèi)燃機(jī)等領(lǐng)域。
　　 本文選取夾FGM金屬/陶瓷復(fù)合板作為研究對(duì)象，主要進(jìn)行了以下研究：
　　 (1)根據(jù)熱傳導(dǎo)理論，從計(jì)算傳熱學(xué)的角度，研究了各種熱邊界條件下夾FGM金屬/陶瓷復(fù)合板瞬態(tài)溫度場問

2、題的有限元算法。在空間域內(nèi)采用變分法，在時(shí)間域內(nèi)采用有限差分法，利用線性插值函數(shù)，推導(dǎo)出了溫度場有限元法基本方程，并采用高級(jí)計(jì)算機(jī)語言FORTRAN編寫出了求解有限元基本方程的計(jì)算機(jī)程序。
　　 (2)將在初始溫度T0=300K，金屬層的溫度Ta=770K，陶瓷層的溫度Tb=1680K，材料組分的分布形狀系數(shù)M＝1，孔隙率A=O等條件下得到不同時(shí)刻的瞬態(tài)溫度場分布與參考文獻(xiàn)中相關(guān)結(jié)論進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)了本文所用方法和計(jì)算機(jī)程序的正確

3、性。
　　 (3)本文研究了加熱/冷卻、對(duì)流換熱系數(shù)、梯度層組分、孔隙率和幾何尺寸等因素對(duì)該復(fù)合板一維瞬態(tài)溫度場分布的影響規(guī)律，研究了夾FGM金屬/陶瓷復(fù)合板對(duì)熱傳導(dǎo)的緩和作用。
　　 通過數(shù)值計(jì)算，結(jié)果表明：
　　 (1)梯度層厚度對(duì)對(duì)流換熱和加熱條件下的夾FGM金屬/陶瓷復(fù)合板的瞬態(tài)溫度場分布有影響，它可以使瞬態(tài)溫度場的分布曲線更加平緩，并且越是隨著梯度層厚度的增加，曲線越趨于平緩。
　　 (2)FG

4、M層的孔隙率對(duì)加熱和冷卻條件下夾FGM金屬/陶瓷復(fù)合板的瞬態(tài)溫度場的分布曲線影響明顯，孔隙率越大曲線越陡峭。
　　 (3)換熱系數(shù)h-a和h-b對(duì)夾FGM金屬/陶瓷復(fù)合板瞬態(tài)溫度場的分布有著明顯的影響，換熱系數(shù)越小功能梯度復(fù)合板瞬態(tài)溫度場的分布曲線越緩和，換熱系數(shù)越大曲線越陡峭。
　　 (4)FGM層材料組分的分布形狀系數(shù)M的變化對(duì)加熱條件下夾FGM金屬/陶瓷復(fù)合板的瞬態(tài)溫度場分布同樣有著明顯的影響，組分分布系數(shù)越大曲線