不同熱力邊界下復合梯度板瞬態(tài)熱應力.pdf

1、本文針對FGM在工作中的瞬態(tài)熱應力問題，提出以更具一般性的新型夾一維FGM金屬/陶瓷復合板結構作為研究模型，該板由三層板組合而成，下面一層是金屬Ti-6Al-4V，上面一層是陶瓷ZrO2，中間是FGM層。根據(jù)傳熱學、力學、材料學和變分法等多學科理論，推導出計算應力場的基本方程，并編寫實用的計算程序。通過數(shù)值計算和分析，研究了第一類冷卻邊界下復合ECBF、ECBC板常物性冷卻瞬態(tài)熱應力的分布規(guī)律，并分析了FGM層厚度、孔隙率、組分分布形狀

2、系數(shù)對瞬態(tài)冷卻熱應力的影響，還研究了第三類對流換熱邊界下復合EFBC、ECBC板瞬態(tài)熱應力的分布規(guī)律，并分析了孔隙率對EFBC板瞬態(tài)熱應力的影響，分析了對流換熱系數(shù)對復合ECBC板瞬態(tài)熱應力的影響。研究結果表明:
　　 (1)隨著FGM層厚度從2mm增加到6mm，ECBF、ECBC板內(nèi)的冷卻瞬態(tài)熱應力和熱應力梯度都逐漸變小，表明FGM層厚度的增加有利于復合板的熱應力緩和。
　　 (2)組分分布形狀系數(shù)M從0.1增加到10

3、的過程中，當M=1時，ECBF、ECBC板內(nèi)的冷卻瞬態(tài)熱應力梯度最小，隨著M值的增大，冷卻瞬態(tài)熱應力最大值呈增大趨勢，最大應力差為113.21％。
　　 (3)隨著孔隙率系數(shù)從0增大到3，兩種板的冷卻瞬態(tài)應力曲線均在三層板層間界面處出現(xiàn)了尖角，板內(nèi)受力不合理。ECBC板陶瓷附近區(qū)域的應力梯度變大，F(xiàn)GM層內(nèi)的壓應力呈變小趨勢，最大應力差為83.26％。ECBF板陶瓷附近區(qū)域的應力梯度變小，板內(nèi)的冷卻瞬態(tài)熱應力值呈變小趨勢，最大應

4、力差為81.94％。
　　 (4)隨著孔隙率系數(shù)A從0增大到3，EFBC板內(nèi)金屬區(qū)域的瞬態(tài)加熱熱應力逐漸增大，最大應力差為205.27％。FGM層內(nèi)的瞬態(tài)加熱熱應力梯度逐漸增大，當A=1、2和3時，在三層板層間界面處，出現(xiàn)了明顯的尖角，板受力不合理。
　　 (5)隨著換熱系數(shù)從1增大到100，ECBC板內(nèi)瞬態(tài)加熱熱應力梯度逐漸變大，陶瓷附近區(qū)域的熱應力明顯逐漸變大，最大應力差值為2.4127695GPa。