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1、复合材料学报第24卷第6期12月2007年ActaMateriaeCompositaeSinicaVol.24No.6December2007文章编号:10003851(2007)06014706复合材料夹芯结构非线性热传导分析*林强,邱志平(北京航空航天大学固体力学研究所,100083北京)摘要:针对复合材料夹芯结构温度场分布的特点,提出一种用于复合材料夹芯结构热传导精细分析的有限单元模型。这种单元模型为三维六面体模型,单元模型厚度方向的插值函数在芯层和面板交界节点处温度值是连续的,但温度变化率是不连续的,而芯层内部节点处沿厚度方向温度值和温度变
2、化率都是连续的。在考虑材料热传导参数随温度变化的情况下,基于这种有限单元模型建立的复合材料夹芯结构瞬态温度场分析有限元方程为非线性方程。在求解此瞬态热传导非线性有限元方程时,改进了常用的动力学平衡方程的解法,改进后的动力学平衡方程解法避免了迭代运算,提高了求解非线性动态平衡方程的效率。数值算例结果显示了该分析模型的有效性和可靠性。关键词:复合材料夹芯结构;非线性热传导;瞬态温度场中图分类号:V214.4文献标志码:ANonlinearheattransferofsandwichcompositestructure*LINQiang,QIUZhipi
3、ng(InstituteofSolidMechanics,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China)Abstract:Intermsofthecharacteristicoftemperaturefield,aprecisefiniteelementmodel(FEM)wasestablishedforthesandwichcompositestructure.TheFEMwasa3Dhexahedralmodel.Avarietyofpropertiesbe
4、tweenstructurelayerswasconsideredintheestablishedFEM.Theinterpolationfunctionthatthevalueofthefunctionwascontinuousbutthederivativeofthefunctionwasnotcontinuousattheinterfacenodeoflayerswaschosentobethefieldfunctionoftheestablishedfiniteelementforthedirectionofthickness.Thecor
5、respondingheattransferFEMequationbasedonthepresentedelementwasalsoobtained.IntermsofthecharacteristicofthenonlinearordinarydifferentialheattransferFEMequationthatthethermalpropertyofthematerialisaffectedbytemperature,thedynamicalequationsolutionwasimproved.Theimprovedmethodswi
6、llavoiditerationineachtimestepinthesolutionprocess.Thenumericalexamplewillshowtheefficiencyandreliabilityofthepresentmethod.Keywords:sandwichcomposite;nonlinearheattransfer;transienttemperaturefield复合材料层合结构与各向同性均质结构相比,有效方法,与三维热计算方法相比具有计算效率高[5][6][7]其热传导分析十分复杂。传统的解析方法只能解决的优点。李松
7、年、邱志平、马玉娥、杨自[8-10]复合材料层合结构的一些简单热传导问题,无法求春等也应用这种方法对复合材料层合结构非线解复杂边界条件及复杂结构的传热问题。许多研究性瞬态热分析进行了研究。通常在分析复合材料夹人员采用有限元法对复合材料层合结构的热传导进芯结构时都只是简化应用以上各种针对复合材料层[1]行了研究计算,Padovan考虑各向异性的影响,合结构的计算方法,而若要对复合材料夹芯结构精研究了正交各向异性无限大层合板和层合圆柱壳的细温度场进行计算,目前只能严格按照三维有限单[2]热传导问题。Tamma等对三维热分析模型进行元逐层建模,总之对于复
8、合材料夹芯结构精细温度了简化,提出了准三维温度场分析模型等。场分析尚缺乏具有针对性的方法。为了更好地分析[3-4]Rolf
