非均匀梯度材料管道温度场和热应力的有限元程序设计和计算
时间:2019-03-08 17:34 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 摘要由不同性质的材料构成的功能性组合材料近年来发展很快，非均匀梯度材料是两种不同性质的材料间形成的材料性质呈梯度变化的过渡层，从而形成的一种新型复合材料， 研究这种材料在不同条件下的力学性能和材料性质很有意义。本文首先介绍了梯度材料的概念和特点，前人的工作和成果。通过采用有限元的方法，离散建模、形成热传导矩阵、温度载荷矩阵、刚度矩阵和载荷列阵等，在给定热边界条件下，采用了直接法首先求解出管道内的温度场分布，进而得到管道内的热应力。通过算例进行了计算研究，分析了非均匀梯度材料管道在给定热边界条件下的稳态温度场和热应力，研究了热边界条件和材料参数等对温度场和热应力等的影响。33651 关键词 梯度材料 有限元法 温度场 热应力 毕业论文设计说明书外文摘要 Title program design of finite element and calculation about pipe of non uniform gradient material temperature field and thermal stress Abstract Functional composite materials by different materials composed have developed fast in recent years.Non uniform gradient material is material properties of two different properties of materials formed a gradient transition layer.It is a new composite materials.It is a great significance to study this kind of material's mechanical properties and material properties under different conditions.This paper firstly introduces the concept and characteristics of graded materials, previous work and achievements.By using the finite element method, dispersing and modeling, forming heat conduction matrix, temperature load matrix, stiffness matrix and load array.After given temperature boundary conditions, using the direct method calculated temperature field distribution inside the pipeline, and got thermal stress in the pipeline.Through the example of calculation research, analysis of the non uniformly graded material pipeline under the given thermal boundary condition steady temperature field and the thermal stress and the thermal boundary conditions and material parameters on the temperature field and thermal should force. Keywords FGM Finite element method Temperature field Thermal stress 目 次 1 引言 1 1.1 研究背景1 1.2 功能梯度材料的研究现状2 1.3 本文主要研究内容3 2 理论分析 4 2.1 关于温度场和热传导的一些概念 4 2.2 热传导问题的基本方程 4 2.3 稳态热传导问题 5 2.4 热应力的计算 7 3 程序设计 10 3.1 本体程序框图 10 3.2 数据与信息的输入 10 3.3 子程序设计 11 4 算例分析 14 结论 21 致谢 22 参考文献23 1 引言 1.1 研究背景 1.1.1 功能梯度材料简介 复合材料(Composite Materials)是一种为了获得更好的特性而将多种材料通过特定的方法结合在一起的新材料[1]。复合材料的种类很多，目前研究和应用比较成熟的几种复合材料有树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、纤文增强水泥等。在航空航天领域，比如航天飞机在起飞和降落的过程中，因为与空气摩擦，温度可达上千度，所以对制造飞机的材料的耐热性有很高的要求。金属间化合物,如TiAl、NiAl等，相对高温强度较高,是很有希望的材料。 功能梯度材料(Functional Gradient Materials,简称FGM)属于新型的复合材料，它的开发是为了满足某些特殊的设备在极端条件下能够持续地正常工作，这些极端条件包括超高温度、极大的温差等。功能梯度材料是一种多相材料,即材料的组成成分和结构从材料的某一方向向另一方向连续地变化,可以是一文的，也可以是多文的，从而使材料的性能和功能也呈现出梯度变化[2]。最早提出功能梯度材料这个概念的是日本科学家新野正之、平井敏雄和渡边龙三[3]。经过多年的研究，现在已经有多种制造功能梯度材料的方法，如气相沉积法、等离子喷涂法、自蔓延高温合成法、激光加热合成法、粉末冶金法等。制备功能梯度材料的原理总的来说可以概括为两类：间断梯度层和连续梯度层，第一种即梯度层成分总是间断的，而第二种的梯度层成分是连续的。 (责任编辑：qin) |