基于弹塑性理论的新型接触热导模型.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI2010年第5期文章编号：1006‘1630(2010)05—0018—04基于弹塑性理论的新型接触热导模型熊鸥，陈吉安，匡波，王全保，谢宝津(上海交通大学航空航天学院，上海200240)摘要：提出了一种新型接触热导的模型。充分考虑界面上微凸体的变形，根据微凸体变形连续的特点。分别给出了弹性、弹塑性、塑性三种变形时的接触方程。用Weierstrass-Mandelbrot分形函数描述粗糙表面轮廓曲线，并考虑了接触点的基体热阻及其界面收缩热阻，构建了分形热阻网格模型，分析了接触热导与栽荷的关系，与实验数据及模型、Miki

2、c弹性模型和Yovanovich塑性模型的预测值进行了比较。结果表明：该模型能较好地预测界面接触热导。有其合理性。关键词：微凸体；弹塑性；接触热导；W-M分形函数；热阻网络中图分类号：V444．3文献标示码：ANewModelforThermalContactConductanceBasedonElastic—PlasticTheoryXIONGOu，CHENji—an，KUANGBo，WANGQuan-bao，XIEBao—jin(SchoolofAeronauticsandAstronautics，ShanghaiJiaoTongUniversity，Sh

3、anghai200240，China)Abstract：Anewmodelwasusedtopredictthermalcontactconductanceinthispaper．Infullconsiderationofthedeformationofasperitiesincontactsurface，contactequationsofelastic，elastoplasticandplasticdeformationofasperitiesweresetupaccordingtothecharacterofcontinuousdeformationof

4、asperities．Weierstrass—Mandelbrotfractalfunctionwasusedtod．escribetheprofileofroughsurfacebecauseofitsfractalfeature．Afractalnetworkmodelforthermalcontactresistancewasestablished。takingintoconsiderationofbothsubstrateresistanceandsurfaceresistrictionresistance．Therelationbetweencont

5、actconductanceandloadwasanalyzed．Thecomparisonresultofthisnewmodelwithexperimentdataandmodel．MikicelasticmodelandYovanovichplasticmodelshowedthatthisnewmodelcouldwellpredictthermalcontactconductance．anditwasreasonableforthismodel．Keywords：Asperity；Elastic-plastictheory；Thermalcontac

6、tconductance；W—Mfractalfunction；Fractalnet·work0引言接触热阻是存在于两固体接触表面的热阻，是由表面轮廓粗糙不平形成的。这种热阻在航天器中普遍存在，如仪器与支架构件间、构件与蒙皮间、构件与构件间、蒙皮各分段间等。热阻的大小与接触表面的连接方式、表面状况等多种因素有关。接触热阻是卫星热分析中最重要的不确定性因素之一，在极端情况下，甚至会影响卫星热控制系统和卫星运行的可靠性。随着空间技术的发展，航天器的内热源越来越大。随着热流密度的提高，接触热阻的影响越来越突出，对接触热阻的研究将越来越受重视[1]。因此，对接触热阻的

7、机理进行研究，准确预测固体界面间的接触导热对航天器热分析与控制有重要的意义。本文对单个微凸体进行了弹塑性分析，建立了弹性、弹塑性和塑性变形3种变形的接触方程，并引入分形理论，结合热网络模型，构建了接触热导模型，并与其他模型进行了比较分析。1变形模型收稿日期：2008—09-01；修回日期：2008—10—16基金项目：。863”基金(2007AA705611)作者简介：熊鸥(1984一)，男，硕士生，主要从事飞行器防热技1．1W-M分形函数表征分形表面术应用研究。研究表明，Weierstrass-Mandelbrot函数(W—M2010年第5期熊鸥，等：基于弹

8、甥性理论的新型接触热导模型函数)可满足