基于近场动力学理论的功能梯度材料瞬态热响应研究

摘要

基于近场动力学(peridynamics,简称PD)理论推导了功能梯度材料(functionally graded materials,简称FGMs)的热传导控制方程,给出FGM简化微热导率模型与PD热传导方程离散过程及数值计算格式。编写了PD热传导数值计算FORTRAN程序,并与有限元解及解析解对比验证了程序正确性。计算了以钛合金表面涂覆氧化锆的FGM矩形板温度分布,研究了组分分布形状、孔隙率以及边界温度对FGM瞬态热响应的影响。结果表明:组分形状分布系数增大,使得陶瓷材料占比提高导致FGMs隔热性能增加;孔隙率对温度分布的影响随传热时间的增加而增加,导致FGMs隔热性能降低;温度荷载的升高只会影响FGM陶瓷区一定厚度内的温度响应,该温度分布厚度随传热时间的增加而增大。