复合功能梯度板瞬态变物性热传导性能

摘要

本文以中间夹功能梯度材料与上下层为Ti-6Al-4V和ZrO2材料组成的功能梯度复合板作为研究模型。在空间域内，采用变分有限元法，在时间域内，采用有限差分法，而温度场模式采用线性插值函数，借此来推导出温度场有限元法基本方程。据此方程，编写适用于该结构实用计算的程序，通过数值计算和分析，定量研究了夹FGM金属/陶瓷复合板瞬态变物性温度场分布规律，主要研究处在第一类加热、冷却和第三类对流换热温度边界下，边界对流换热系数、梯度层组分、孔隙率和厚度等因数对该复合板一维瞬态温度场分布的影响规律。
　　 主要分析结果表明:
　　 (1)随着梯度层厚度的增加，曲线越来越缓和。变物性时梯度层厚度的增加对冷却瞬态温度具有缓和作用，梯度层越厚对冷却瞬态温度变化越有利。
　　 (2)随着孔隙率系数的增加，金属侧瞬态温度下降，而陶瓷层瞬态温度升高。随着孔隙率系数的增加，瞬态温度场的峰值越来越大。因此，孔隙率变化对夹FGM复合板变物性冷却瞬态热传导有明显影响。
　　 (3)组分的分布形状系数M对夹FGM复合板常物性冷却瞬态温度场有明显影响，且组分的分布形状系数M越小对温度的缓和作用越大。将常物性与变物性进行比较，在同一时刻常物性比变物性时温度低，且峰值低，温度曲线更加缓和，这是常物性和变物性的差异所致。
　　 (4)对流换热变物性瞬态温度随着时间的增加而升高，遵循陶瓷层瞬态温度比金属侧高的规律，随着对流换热系数的增加，金属侧瞬态温度降低，陶瓷侧瞬态温度升高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 功能梯度材料概述

1．1．1 FGM简述

1．1．2 FGM的研究背景

1．2 FGM的研究内容

1．2．1 FGM的设计

1．2．2 FGM的制备工艺

1．2．3 FGM的性能评价

1．3 FGM的研究动态

1．4 FGM的应用和发展前景

1．5 本课题主要研究内容

1．5．1 课题研究背景及课题的提出

1．5．2 课题研究内容

1．5．3 课题研究方案

1．6 本章小结

第2章 热传导与有限元分析

2．1 引言

2．2 热力学基本定律

2．2．1 热力学第一定律

2．2．2 热力学第二定律

2．2．3 热传导方程

2．3 定解条件

2．3．1 初始条件

2．3．2 第一类边界条件

2．3．3 第二类边界条件

2．3．4 第三类边界条件

2．4 变分定理

2．5 瞬态热传导问题的泛函

2．6 热传导有限元基本方程

2．7 瞬态温度场的差分格式

2．8 有限元基本方程的求解

2．9 本章小结

第3章 模型建立及正确性检验

3．1 关于夹FGM金属／陶瓷复合板的说明

3．2 夹FGM金属／陶瓷复合板模型的建立

3．3 本文研究的夹FGM金属／陶瓷复合板假设条件

3．4 正确性检验

3．5 本章小结

第4章 各参数对复合功能梯度板瞬态变物性热传导性能的影响

4．1 梯度层厚度对夹FGM金属陶瓷板冷却瞬态热传导的影响

4．2 孔隙率对对流换热瞬态温度场的影响

4．3 孔隙率对夹FGM复合板变物性冷却瞬态热传导的影响

4．4 组分的分布形状系数对夹FGM复合板冷却瞬态热传导的影响

4．5 对流换热系数对夹FGM复合板变物性瞬态温度场的影响

4．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

个人简介

攻读硕士期间发表的论文