三维非稳态热传导逆问题反演算法研究 被引量：12

1

作者 钱炜祺 何开锋 汪清 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期611-618,共8页

利用表面温度测量来反演热传导方程中的热源项是一类典型的热传导逆问题,在采用有限体积法对三维非稳态热传导问题进行数值求解的基础上,将该热传导逆问题转化为优化问题,建立了伴随方程法和共轭梯度法这两类反演算法.采用这两类算法对... 利用表面温度测量来反演热传导方程中的热源项是一类典型的热传导逆问题,在采用有限体积法对三维非稳态热传导问题进行数值求解的基础上,将该热传导逆问题转化为优化问题,建立了伴随方程法和共轭梯度法这两类反演算法.采用这两类算法对一个典型算例的计算结果表明:建立的两类反演算法是有效的,具有较好的抗噪性能.此外,对反演算法中计算收敛准则的选取进行了较深入的分析,结果表明,由于热传导逆问题的不适定性,优化过程中目标函数值越小并不意味着反演结果与真值更为接近,可以通过设定合适的收敛准则来模拟正则化项的作用,克服不适定性的影响. 展开更多

关键词 三维非稳态热传导逆问题 热源项 伴随方程 共轭梯度法 收敛准则

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基于多相材料的稳态热传导结构轻量化设计 被引量：9

2

作者 龙凯 王选 韩丹 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期359-366,共8页

在多相材料的结构拓扑优化问题中,通常给定各相材料体积约束或材料总重量约束作为材料的控制用量.在结构轻量化设计的实际工程背景下,以结构总重量最小化为目标的优化模型具有明确的工程意义.针对含多相材料的稳态传热结构拓扑优化问题... 在多相材料的结构拓扑优化问题中,通常给定各相材料体积约束或材料总重量约束作为材料的控制用量.在结构轻量化设计的实际工程背景下,以结构总重量最小化为目标的优化模型具有明确的工程意义.针对含多相材料的稳态传热结构拓扑优化问题,提出了以结构总重量最小化为目标和给定热柔顺度为约束的多工况连续体结构拓扑优化建模方法.遵循独立连续映射建模方式,采用两类独立拓扑变量分别表征单元热传导矩阵和单元重量状态.推导了热柔顺度和总重量对设计变量的敏度,基于一阶和二阶泰勒展开得到各自的近似表达式.通过求解偏微分方程,实现了约束函数一次项过滤,消除了棋盘格现象和网格依赖性问题,并保证了约束方程在过滤后严格成立.建立的近似优化模型具有二次函数形式的目标函数和一次函数形式的约束函数.基于对偶序列二次规划方法对优化模型进行求解直至收敛.通过四个三维结构数值算例分析对比了热柔顺度约束限值、不同材料混合及多工况、多约束条件对优化结果的影响.数值算例结果表明,本文提出的优化方法在基于多相材料的多工况稳态热传导结构轻量化设计中具有可行性和有效性. 展开更多

关键词 拓扑优化 多相材料 稳态热传导 独立连续映射法 序列二次规划

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顺序函数法求解二维非稳态热传导逆问题 被引量：12

3

作者 钱炜祺 蔡金狮 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2002年第3期274-281,共8页

基于有限控制体积法对二维非稳态热传导问题的数值模拟 ,导出了处理二维非稳态热传导逆问题的顺序函数法 ,并用该方法来对一典型的圆环域边界条件反演问题进行了反演计算。结果表明 ,顺序函数法是求解二维非稳态热传导逆问题的有效方法 ... 基于有限控制体积法对二维非稳态热传导问题的数值模拟 ,导出了处理二维非稳态热传导逆问题的顺序函数法 ,并用该方法来对一典型的圆环域边界条件反演问题进行了反演计算。结果表明 ,顺序函数法是求解二维非稳态热传导逆问题的有效方法 ,当测量噪声比较小时 ,顺序函数法能得出较高精度的反演结果 ;当测量噪声增大时 ,反演结果仍能较好地再现出精确解在空间和时间方向上的变化趋势 。 展开更多

关键词 顺序函数法 二维非稳态热传导 逆问题 热流密度 解题方法

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功能梯度材料稳态热传导问题的数值流形方法研究 被引量：7

4

作者 胡国栋 张慧华 谭育新 《应用力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第2期311-317,共7页

数值流形方法(Numerical Manifold Method,简称NMM)中特有的两套覆盖系统(数学覆盖系统和物理覆盖系统)使得其在分析问题时可采用与物理域边界不一致的数学覆盖系统。发展了用于研究功能梯度材料(FGM)二维稳态热传导问题的NMM。给出了... 数值流形方法(Numerical Manifold Method,简称NMM)中特有的两套覆盖系统(数学覆盖系统和物理覆盖系统)使得其在分析问题时可采用与物理域边界不一致的数学覆盖系统。发展了用于研究功能梯度材料(FGM)二维稳态热传导问题的NMM。给出了控制方程和边界条件,介绍了NMM的基本概念,导出了NMM的离散方程,探讨了相关矩阵的求积策略,选取了两个典型算例对方法的可行性和精确性进行了验证,结果表明该方法可以很好地模拟FGM稳态热传导问题。 展开更多

关键词 功能梯度材料 数值流形方法 稳态热传导 温度场 二维

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二维稳态热传导问题的正六边形流形元研究 被引量：3

5

作者 谭育新 张慧华 胡国栋 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2017年第5期594-604,共11页

发展了用于分析二维稳态热传导问题的多边形数值流形方法(numerical manifold method,NMM).根据热传导问题的控制方程、边界条件以及多边形NMM的温度近似函数,采用修正变分原理导出了多边形NMM求解稳态热传导问题的总体方程,给出了多边... 发展了用于分析二维稳态热传导问题的多边形数值流形方法(numerical manifold method,NMM).根据热传导问题的控制方程、边界条件以及多边形NMM的温度近似函数,采用修正变分原理导出了多边形NMM求解稳态热传导问题的总体方程,给出了多边形单元上的域积分策略.考虑到NMM中数学覆盖系统可不与物理域边界一致以及规则单元的精度优势,采用Wachspress正六边形数学单元对两个典型热传导问题进行了仿真,计算结果与参考解能较好地吻合,表明多边形NMM可以很好地模拟平面稳态热传导问题. 展开更多

关键词 数值流形方法 多边形单元 稳态热传导 温度 二维 正六边形

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非稳态热传导时层状路面体系的温度响应 被引量：2

6

作者 王路君 艾智勇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期3139-3146,共8页

利用解析层元法推导温度荷载作用下非稳态热传导时层状路面体系的温度响应解答。从热弹性理论平面应变问题的控制方程出发,借助于Laplace-Fourier积分变换,推导出单层介质及下卧半平面的精确刚度矩阵即解析层元,结合有限层法原理及边界... 利用解析层元法推导温度荷载作用下非稳态热传导时层状路面体系的温度响应解答。从热弹性理论平面应变问题的控制方程出发,借助于Laplace-Fourier积分变换,推导出单层介质及下卧半平面的精确刚度矩阵即解析层元,结合有限层法原理及边界条件,组装并求解总刚度矩阵,得到其在变换域内的解答,最后通过相应的积分逆变换得到物理域内的真实解。由于该法刚度矩阵元素中不含正指数项,计算时不会出现溢出或病态矩阵的现象。编译了相应的计算程序,所得结果与有限元模拟结果吻合较好。在此基础上,对有限深度和半平面两种假定条件下的解答进行对比分析,并分析层状路面体系中位移和温度随时间的变化趋势及沿深度的分布规律。分析表明:温度场具有一定的影响深度,超过此深度,有限深度与半平面理论解答基本一致;温度荷载的影响深度与其强度有关,强度越大,其影响深度越深。 展开更多

关键词 非稳态热传导 解析层元 层状路面体系 温度响应 平面应变

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边界变温时梯度板稳态热传导及影响因素

7

作者 许杨健 王飞 +1 位作者 杜海洋 任鹏飞 《解放军理工大学学报（自然科学版）》 EI 北大核心 2013年第5期552-557,共6页

为了研究边界变温时功能梯度板的二维稳态热传导及梯度参数γ的影响,基于该板的二维稳态热传导基本方程,假设热导率沿板高呈指数函数形式分布,用分离变量法和三角函数正交性,导出三边界恒温与上边界变温时该板的二维稳态温度场的解析解... 为了研究边界变温时功能梯度板的二维稳态热传导及梯度参数γ的影响,基于该板的二维稳态热传导基本方程,假设热导率沿板高呈指数函数形式分布,用分离变量法和三角函数正交性,导出三边界恒温与上边界变温时该板的二维稳态温度场的解析解,与有限元解对比可知,2种方法结果一致。结果显示:上边界线性热载时,板内温度场分布无对称性;上边界正弦热载时,板内温度场分布对称于过形心的y轴;随着γ的增大,板内高温区不断向两侧和下侧扩展。因此,可选择适合的梯度参数和边界不同变温来满足设计、应用和热应力分析的需要,所获得的解析解可作为检验其他近似方法的参考标准。 展开更多

关键词 功能梯度板 二维稳态热传导 分离变量法 三角函数正交性 边界变温 梯度参数

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二维稳态热传导热源反问题LS-SVM解

8

作者 于加举 李福乐 +2 位作者 刘振斌 吴自库 李娟 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期559-569,共11页

本文研究了一类二维稳态热传导热源反问题.首先设置训练点集,将问题的近似解表示为与训练点集相关的高斯核函数组合的形式,然后依据最小二乘支持向量机原理优化参数.近似解由两部分组成,第一部分为满足边界条件的已知函数;第二部分为两... 本文研究了一类二维稳态热传导热源反问题.首先设置训练点集,将问题的近似解表示为与训练点集相关的高斯核函数组合的形式,然后依据最小二乘支持向量机原理优化参数.近似解由两部分组成,第一部分为满足边界条件的已知函数;第二部分为两项乘积,其中一项为在边界上为零的已知函数,另一项为含回归参数核函数线性组合形式.最后,通过两个有解析解的算例检验方法的有效性.结果表明了本文方法用于研究二维稳态热传导热源反问题的可行性. 展开更多

关键词 稳态热传导 热源反问题 最小二乘支持向量机 二次规划 近似解

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具有复杂边界条件的各向异性矩形板稳态热传导解析

9

作者 张承宗 杨光松 《上海航天》 1997年第6期41-44,50,共5页

应用复级数方法给出的各向异性稳态热传导解析解，首次解析分析两邻边承受热流一边绝热一边对流换热的各向异性矩形板温度场。讨论了各向异性、铺设角对温度场分布的影响。数值结果表明，强各向异性板的最高温度梯度高于弱各向异性板相... 应用复级数方法给出的各向异性稳态热传导解析解，首次解析分析两邻边承受热流一边绝热一边对流换热的各向异性矩形板温度场。讨论了各向异性、铺设角对温度场分布的影响。数值结果表明，强各向异性板的最高温度梯度高于弱各向异性板相应值。对于各种铺设角而言，铺设角为０°的各向异性板最高温度及温度梯度均为最低。 展开更多

关键词 复合材料 稳态热传导 矩形板 解析解

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基于非稳态热传导的高温专用服装设计 被引量：3

10

作者 吴蕊 孙东山 翟怡星 《无线互联科技》 2019年第4期66-67,75,共3页

高温作业对人体的许多生理功能都有影响,在高温环境下工作时,人们往往需要穿专用的服装,以免灼伤,因此,制作科学的高温作业防护服对从事高温作业的工作员来说至关重要。文章进行了基于非稳态热传导的高温专用服装设计研究,首先明确温度... 高温作业对人体的许多生理功能都有影响,在高温环境下工作时,人们往往需要穿专用的服装,以免灼伤,因此,制作科学的高温作业防护服对从事高温作业的工作员来说至关重要。文章进行了基于非稳态热传导的高温专用服装设计研究,首先明确温度随时间的变化为非稳态热传导过程。由傅里叶热传导定律、热力学第一定律及能量守恒定律导出多层非稳态一维热传导偏微分方程,建立温度与时间和热传导方向的偏微分方程,着重研究了热传导过程中不规则情况阶段、正常情况阶段、新的稳态阶段3个阶段中的正常情况阶段,在保证不伤害工作人员的条件下求得四层防护服的温度分布。 展开更多

关键词 偏微分方程 傅里叶定律 传热学 高温作业 非稳态热传导

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非稳态表面热流反演算法研究 被引量：11

11

作者 钱炜祺 何开锋 +1 位作者 桂业伟 汪清 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期155-161,共7页

表面热流的反演是一类典型的热传导逆问题。在采用有限体积法数值求解三维非稳态热传导问题的基础上,将该热传导逆问题转化为优化问题,建立了顺序函数法和共轭梯度法这两类反演算法。采用这两类算法对一个典型算例的计算结果表明:建立... 表面热流的反演是一类典型的热传导逆问题。在采用有限体积法数值求解三维非稳态热传导问题的基础上,将该热传导逆问题转化为优化问题,建立了顺序函数法和共轭梯度法这两类反演算法。采用这两类算法对一个典型算例的计算结果表明:建立的两类反演算法都是有效的,具有较好的抗噪性能。顺序函数法的优势在于算法的推导和实现较为简便,但算法中存在人为确定的参数r,该参数的选取对反演结果有较大影响。共轭梯度法的算法中没有自由参数,但算法的推导和实现都较为复杂,其反演结果的精度和顺序函数法的反演结果精度基本相当。 展开更多

关键词 三维非稳态热传导逆问题 表面热流 顺序函数法 共轭梯度法

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连续及不连续各向异性热传导问题的数值流形方法求解 被引量：3

12

作者 刘思敏 张慧华 +1 位作者 韩尚宇 刘强 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2020年第6期591-603,共13页

热传导问题是工程实际中的常见问题.与各向同性材料相比,各向异性材料的热传导更为复杂,因而准确预测其内部的温度分布具有重要的意义.该文发展了一种用于求解典型连续及不连续各向异性稳态热传导问题的数值流形方法(NMM).根据问题的控... 热传导问题是工程实际中的常见问题.与各向同性材料相比,各向异性材料的热传导更为复杂,因而准确预测其内部的温度分布具有重要的意义.该文发展了一种用于求解典型连续及不连续各向异性稳态热传导问题的数值流形方法(NMM).根据问题的控制微分方程、边界条件以及变分原理,导出了求解此类问题的NMM离散方程.采用独立于物理域所有边界的均匀数学覆盖对几个连续及不连续算例进行了分析,证实了方法的可行性及精度,表明NMM能够很好地模拟各向异性材料的热传导问题.此外,还进一步探讨了材料属性等因素对温度场的影响规律. 展开更多

关键词 各向异性 稳态热传导 数值流形方法 温度 连续及不连续问题

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基于热传导方程的高温服装模型设计

13

作者 秦文宁 孔前进 +1 位作者 尹天宇 张若楠 《无线互联科技》 2019年第8期55-57,共3页

文章针对高温服装设计,建立了一维稳态的传热模型,确定了稳态下各层间的温度随空间的变化关系,并以此作为一维非稳态传热方程的边界条件,得出了各层之间的温度分布图,为厂家生产专用服装提供了理论依据。

关键词 一维非稳态热传导 偏微分方程 温度分布

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新型薄膜切削温度传感器动态特性的理论计算 被引量：1

14

作者 曾祥森 崔云先 +1 位作者 张志军 孙宝元 《大连交通大学学报》 CAS 2007年第2期21-24,29,共5页

针对一种薄膜切削温度传感器建立了新的一维非稳态热传导的模型,通过理论计算,得出传感器的动态响应特性τ=1.199 m s;对薄膜热电偶传感器进行动态标定试验,得出热电偶传感器的时间常数为τ=0.8 m s,证明了该热传导模型的正确性,为薄膜... 针对一种薄膜切削温度传感器建立了新的一维非稳态热传导的模型,通过理论计算,得出传感器的动态响应特性τ=1.199 m s;对薄膜热电偶传感器进行动态标定试验,得出热电偶传感器的时间常数为τ=0.8 m s,证明了该热传导模型的正确性,为薄膜热电偶的进一步研究提供了理论依据. 展开更多

关键词 薄膜热电偶 一维非稳态热传导 切削温度

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基于量子粒子群算法的钢包残厚反问题并行化数值分析

15

作者 张君 《数字技术与应用》 2024年第2期193-195,共3页

本文基于量子粒子群算法,将有限元语言及其编译器准稳态热传导有限元分析计算温度与温度的误差作为广义目标函数,反向算钢包工作层的残余厚度,从而对钢包内衬使用情况的检查、判定工作提供一定指导。钢包是炼钢过程中重要的高温移动熔... 本文基于量子粒子群算法,将有限元语言及其编译器准稳态热传导有限元分析计算温度与温度的误差作为广义目标函数,反向算钢包工作层的残余厚度,从而对钢包内衬使用情况的检查、判定工作提供一定指导。钢包是炼钢过程中重要的高温移动熔融容器之一,其内衬使用的耐材会由于侵蚀和机械热应力造成开裂、剥落,其使用寿命的长短直接影响生产节奏和生产成本。目前炼钢厂主要依靠人工观察并结合工作经验来判断钢包是否能够继续使用,但往往为了保证生产安全,会下线钢包提前维修,造成材料和能源的浪费。 展开更多

关键词 量子粒子群算法 炼钢过程 生产节奏 人工观察 稳态热传导 并行化 钢包 编译器

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基于SIMP法的周期性传热材料拓扑优化 被引量：7

16

作者 贾娇 程伟 龙凯 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1042-1048,共7页

为了实现基于宏观热传导条件的周期性材料微结构设计,建立了基于固体各向同性材料惩罚法的周期性结构拓扑优化模型.模型以体积比为约束,散热弱度最小为优化目标.为了满足周期性约束,将设计域划分为若干相同子区域,并重新分配散热弱度.... 为了实现基于宏观热传导条件的周期性材料微结构设计,建立了基于固体各向同性材料惩罚法的周期性结构拓扑优化模型.模型以体积比为约束,散热弱度最小为优化目标.为了满足周期性约束,将设计域划分为若干相同子区域,并重新分配散热弱度.基于偏微分方程的图像处理方式可以有效地消除棋盘格和网格依赖性现象.讨论并分析了不同子区域个数及不同载荷工况对拓扑优化构型的影响.数值实验结果表明:周期性结构的建模方式可以实现基于宏观稳态热传导条件的周期性材料微结构设计.子区域个数不同时,优化得到不同的微结构构型,这反映了尺寸效应对材料设计的影响.当子区域个数不断增加时,优化结果逐渐趋向收敛于均匀化方法对应的极限值. 展开更多

关键词 拓扑优化 周期性结构 尺寸效应 材料设计 稳态热传导

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激光点火过程的二维模型及计算 被引量：4

17

作者 翁春生 王震 冯德成 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期169-172,共4页

以热机理为基础 ,建立了激光点火过程的二维非稳态热传导模型 ,模型中考虑了激光光能分布、反应物浓度、对流换热和热辐射等因素对点火过程的影响。采用交替方向隐式算法求解偏微分方程。并以Mg/NaNO3药剂为研究对象 ,通过计算分析了激... 以热机理为基础 ,建立了激光点火过程的二维非稳态热传导模型 ,模型中考虑了激光光能分布、反应物浓度、对流换热和热辐射等因素对点火过程的影响。采用交替方向隐式算法求解偏微分方程。并以Mg/NaNO3药剂为研究对象 ,通过计算分析了激光脉宽、光束半径、材料热传导系数、浓度吸收等因素对点火的影响。结果表明 :入射功率、脉宽、光束半径是影响含能材料点火特性的主要因素 ;点火时间较短时 ,热传导系数的变化对点火影响较小 。 展开更多

关键词 交替方向 偏微分方程 光束 半径 隐式 求解 热传导系数 点火 非稳态热传导 二维模型

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自行加榴炮药温精确测量研究 被引量：4

18

作者 陆欣 周彦煌 +1 位作者 余永刚 陈劲操 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2012年第1期84-87,共4页

药温是155mm自行加榴炮的主要战技指标之一,是影响火炮初速和射程的重要参量。在分析发射药传热特性的基础上,建立了描述药温变化规律的非稳态热传导模型,开发了一种非接触式全自动药温在线测量装置,可实现对自行加榴炮的装药温度场和... 药温是155mm自行加榴炮的主要战技指标之一,是影响火炮初速和射程的重要参量。在分析发射药传热特性的基础上,建立了描述药温变化规律的非稳态热传导模型,开发了一种非接触式全自动药温在线测量装置,可实现对自行加榴炮的装药温度场和实时平均温度的精确测量,并能通过该装置上的通讯接口将测量结果传输给火控系统的炮长任务终端,满足了自行加榴炮武器系统对数字化和信息化的要求。 展开更多

关键词 工程热物理 自行加榴炮 药温测量 非稳态热传导 温度测量方法

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陶瓷圆球的抗热震参数

19

作者 赵军 艾兴 +1 位作者 黄新平 王朝霞 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第2期231-233,共3页

在陶瓷材料临界应力断裂理论的基础上 ,通过求解陶瓷圆球体第三类边界条件的瞬态温度场和瞬态热应力场 ,研究了陶瓷圆球的热冲击行为 ,建立了一个引起陶瓷圆球表面临界应力的临界温差表达式 ,并以此作为陶瓷圆球的抗热震参数。计算结果... 在陶瓷材料临界应力断裂理论的基础上 ,通过求解陶瓷圆球体第三类边界条件的瞬态温度场和瞬态热应力场 ,研究了陶瓷圆球的热冲击行为 ,建立了一个引起陶瓷圆球表面临界应力的临界温差表达式 ,并以此作为陶瓷圆球的抗热震参数。计算结果表明 ,陶瓷圆球体的临界温差大于相同Biot模数的无限大陶瓷平板的临界温差 。 展开更多

关键词 陶瓷圆球 陶瓷材料 瞬态温度场 瞬态热应力 抗热震性 临界应力断裂理论 非稳态热传导

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热应力下组合球壳的力学分析及数值模拟

20

作者 陈亚娟 李宗蔚 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2015年第3期415-419,共5页

基于热弹性力学和热传导理论,对热应力作用下的两种不同弹性材料组成的复合圆球壳进行了力学分析。推导出组合球壳在变温场作用下的应力和位移的解析表达式,利用Matlab软件进行数值模拟,给出了径向应力、环向应力和位移随半径的变化曲线... 基于热弹性力学和热传导理论,对热应力作用下的两种不同弹性材料组成的复合圆球壳进行了力学分析。推导出组合球壳在变温场作用下的应力和位移的解析表达式,利用Matlab软件进行数值模拟,给出了径向应力、环向应力和位移随半径的变化曲线,研究了外界温度场、组合球体的几何参数以及材料参数等随内外球体半径变化的规律。 展开更多

关键词 组合球壳 径向应力 稳态热传导 数值模拟

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