多种热边界下复合功能梯度板瞬态温度场.pdf

摘要摘要功能梯度材料(FGM)是一种新型的非均匀复合材料,是指材料的化学构成、微观结构和原子排列均由一侧向另一侧呈连续梯度变化,从而使材料的性质和功能也连续地呈梯度变化。它有许多传统材料无法比拟的优越性,被广泛应用于航空航天、核反应堆、内燃机等领域。本文选取夹FGM金属/陶瓷复合板作为研究对象,主要进行了以下研究:(1)根据热传导理论,从计算传热学的角度,研究了各种热边界条件下夹FGM金属/陶瓷复合板瞬态温度场问题的有限元算法。在空间域内采用变分法,在时间域内采用有限差分法,利用线性插值函数,推导出了温度场有限元法基本方程,并采用高级计算机语言FORTRAN编写出了求解有限元基本方程的计算机程序。(2)将在初始温度To=300K,金属层的温度T,,=770K,陶瓷层的温度Tb=1680K,材料组分的分布形状系数M=I,孔隙率A=0等条件下得到不同时刻的瞬态温度场分布与参考文献中相关结论进行对比,检验了本文所用方法和计算机程序的正确性。(3)本文研究了加热/冷却、对流换热系数、梯度层组分、孔隙率和几何尺寸等因素对该复合板一维瞬态温度场分布的影响规律,研究了夹FGM金属/陶瓷复合板对热传导的缓和作用。通过数值计算,结果表明:(1)梯度层厚度对对流换热和加热条件下的夹FGM金属/陶瓷复合板的瞬态温度场分布有影响,它可以使瞬态温度场的分布曲线更加平缓,并且越是随着梯度层厚度的增加,曲线越趋于平缓。(2)FGM层的孔隙率对加热和冷却条件下夹FGM金属/陶瓷复合板的瞬态温度场的分布曲线影响明显,孔隙率越大曲线越陡峭。(3)换热系数五。和五。对夹FGM金属/陶瓷复合板瞬态温度场的分布有着明显的影响,换热系数越小功能梯度复合板瞬态温度场的分布曲线越缓和,换热系数越大曲线越陡峭。(4)FGM层材料组分的分布形状系数M的变化对加热条件下夹FGM金属/陶瓷复合板的瞬态温度场分布同样有着明显的影响,组分分布系数越大曲线越缓和,反之组分分布系数越小曲线越陡峭。关键词:复合功能梯度板:瞬态温度场;有限元法;影响因素:多种热边界AbstractruIlctlonajgradedmaterials(FGM)positesm锄enal,position,microstructureandatomicarrallgementshowcontinuousgradientchangefromonesidetotheotherside,sothatmenaturea11dnmction∞’,nuclearreactors,:(1)pu蜥。砌heattransfer,thefiniteelementalgorithmforthetransienttemperature6eldproblemmtllefolderFGMmetal/positeplateunderavarietyofthennalboulldarVcondltlonswaSresearched·、^‘as嘶tten.(2)AsstlmethattheinitialtemperatureT0=300K,thetempera:tureof也eme伽1ayerTa2770K,thetemperatureoftheceramiclayerTb=1680K,ponentM=I,theporosityA=Oandsoon.Ⅵ,pareⅥththeone抒omreferences,pmerDrogramusedinthispaperwereex锄ined.(3)positionandmeporosityandthegeometryontheone-dimensionaltransientteInper:lturefieldandresearchesthemoderatingroleoftheFGMmetal/positeplateforheatCOnductionBynumericalcalculation,there