復合材料夾芯結構非線性熱傳導分析

      針對復合材料夾芯結構溫度場分布的特點，提出一種用于復合材料夾芯結構熱傳導精細分析的有限單元模型。這種單元模型為三維六面體模型，單元模型厚度方向的插值函數在芯層和面板交界節點處溫度值是連續的，但溫度變化率是不連續的，而芯層內部節點處沿厚度方向溫度值和溫度變化率都是連續的。在考慮材料熱傳導參數隨溫度變化的情況下，基于這種有限單元模型建立的復合材料夾芯結構瞬態溫度場分析有限元方程為非線性方程。在求解此瞬態熱傳導非線性有限元方程時，改進了常用的動力學平衡方程的解法，改進后的動力學平衡方程解法避免了迭代運算，提高了求解非線性動態平衡方程的效率。數值算例結果顯示了該分析模型的有效性和可靠性。

      復合材料層合結構與各向同性均質結構相比，其熱傳導分析十分復雜。傳統的解析方法只能解決復合材料層合結構的一些簡單熱傳導問題，無法求解復雜邊界條件及復雜結構的傳熱問題。許多研究人員采用有限元法對復合材料層合結構的熱傳導進行了研究計算，Padovan¨考慮各向異性的影響，研究了正交各向異性無限大層合板和層合圓柱殼的熱傳導問題。Ta mma等對三維熱分析模型進行了簡化，提出了準三維溫度場分析模型等。Rolfes提出了與有限元結合的熱疊層理論，這種理論是解決復合材料層合結構瞬態熱分析的一種有效方法，與三維熱計算方法相比具有計算效率高的優點。李松年、邱志平、馬玉娥、楊自春邴。等也應用這種方法對復合材料層合結構非線性瞬態熱分析進行了研究。通常在分析復合材料夾芯結構時都只是簡化應用以上各種針對復合材料層合結構的計算方法，而若要對復合材料夾芯結構精細溫度場進行計算，目前只能嚴格按照三維有限單元逐層建模，總之對于復合材料夾芯結構精細溫度場分析尚缺乏具有針對性的方法。為了更好地分析和計算復合材料夾芯結構的熱傳導問題，還需進一步研究。

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