Home>Schools

  • Complex
  • Title
  • Author
  • Keyword
  • Abstract
  • Scholars
Search

[学位]

微纳尺度热弹耦合模型的理论与应用研究

Share
Edit Delete Claim

Author:

尉亚军 (尉亚军.)

Indexed by:

学位论文库

Abstract:

随着微纳制造技术的发展,结构日益趋于小型化和轻量化,当结构的外部特征尺度小至材料的内部特征尺度,则其尺度效应将变得显著。此时,经典弹性、热传导和热弹耦合理论的适用条件不再满足,它们不再适用于微纳结构的力学、热传导及热弹耦合分析。然而,微纳尺度和极端环境的热传导、热弹耦合、以及结构强度、刚度分析对微纳系统中微小结构的安全可靠运行至关重要。为此,本文开展微纳尺度热、力及其耦合作用的理论及其应用研究。
通过在应变能中引入三阶类应力张量及其功共轭张量、在熵流中引入热流之流的二阶张量,将基于能量守恒和熵增原理的经典热力学原理拓展至微纳尺度,提出了微纳尺度热力学原理,建立了在力、热两方面同时考虑非局部效应的热弹耦合模型。基于金属材料的电子-声子交互作用超快热弹理论,建立了其微纳尺度热弹耦合分析的非局部两步模型,为非局部热弹耦合模型提供了一种微观解释。
基于非局部热弹耦合理论,分析了计及非理想界面条件的双层结构受热冲击作用时的瞬态热弹响应、非均匀温度分布下微纳米尺度欧拉梁的屈曲行为及由热弹阻尼引起的微纳米梁的能量损耗。得到了双层结构的瞬态热弹响应,分析表明:热传导的非局部效应使结构温度增大、压应力升高,即基于经典热弹理论的设计将偏于危险;弹性的非局部效应使结构的变形减小、压应力降低。基于非局部欧拉梁理论求解了临界屈曲载荷的解析解,并考虑了温度及热非局部效应对临界载荷的影响,研究发现:弹性非局部效应使临界屈曲载荷变小,且微纳米欧拉梁的边界约束越强则这一影响越显著;温度场及其非局部效应使结构的临界屈曲载荷更小;运用复频率方法,得到了微纳米欧拉梁由热弹阻尼引起的能量损耗的表达式,分析了非局部参数、结构尺寸以及材料参数对微纳米欧拉梁热弹损耗的影响,发现:高频情形下,弹性非局部效应使微纳梁的热弹损耗增大,热传导的非局部效应使热弹损耗的最大值大于经典热弹理论预测结果;对于高阶模态,热非局部参数和弹性非局部参数的影响将更加显著。由上述研究可见,在微纳尺度热弹耦合分析中,不考虑弹性和热的非局部效应将使预测结果偏于危险,体现了尺度效应在微纳结构热弹耦合分析中的重要性。
引入Caputo分数阶微分和记忆依赖导数(MDD)的概念,分别建立了分数阶GL型热弹耦合模型和拓展的LS型热弹耦合模型;为消除GL型热弹耦合模型中弹性波波前和热波波前位置位移不连续,将应变率引入至GL型理论模型,建立了本构关系中同时计及应变率和温度变化率的热弹耦合理论模型,基于这些模型开展了相关的瞬态热弹响应分析。研究表明:分数阶热传导方程使热传播速度增大,介质内温度升高,热波波前处变形增大,弹性波波前处位移略微减小;若MDD中核函数固定,当滞后时间增大,则记忆依赖作用量(核函数在滞后时间段的积分)增大,介质内温度升高,压应力增大;若记忆依赖作用量不变,核函数越扁平,则热弹瞬态响应越大;引入应变率消除了热波波前和弹性波波前处位移的不连续性,预测的位移和应力小于GL型理论的结果。

Keyword:

非局部效应 热弹屈曲 热弹瞬态响应 热弹阻尼 拓展热力学

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学航天航空学院

Reprint Author's Address:

Show more details

Basic Info :

Degree: 工学博士

Year: 2017

Language: Chinese

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 9

FAQ| About| Online/Total:899/216907819
Address:XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY LIBRARY(No.28, Xianning West Road, Xi'an, Shaanxi Post Code:710049) Contact Us:029-82667865
Copyright:XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY LIBRARY Technical Support:Beijing Aegean Software Co., Ltd.