x射线作用下结构热力学效应模拟

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1、X射线作用下结构热力学效应模拟为研究X射线作用下结构的热力学效应，阐述X射线作用下结构可能产生的一系列响应，对能量沉积下的某结构开展热-力耦合数值模拟分析.分析中考虑泡沫材料的超弹特性和大变形以及结构中的接触关系和间隙热阻.结果表明，x射线作用主要引起结构外表面的温度升高；在x射线载荷作用下，由于温度冲击，结构最大等效应力大于材料的屈服应力，结构局部发生屈服.己关键词：X射线；热力学效应；温度冲击:TK123；TB115.1:??A??SimulationonthermodynamicseffectofstructureunderX

2、-rayLIWeifen,FENJiaquan,YUShaorong(InstituteofSystemsEngineering,ChinaAcademyofEngineeringPhysics,Mianyang621900,Sichuan,China)Abstract：TostudythethermodynamicseffectofstructureunderX-ray,aseriesofresponsesgeneratedbystructuresunderX-rayaredescribed,andthethermal-mecha

3、nicalcouplingeffectisnumericallysimulatedandanalyzedundertheeffectofenergydeposition.Intheanaysis,thehyper-elasticcharacteristicandthelargedeformationoffoammaterialareconsidered.Atthesametime,thecontactrelationshipandthethermalresistanceofgaparetakenintoaccount.Theresu

4、ltsindicatethat,themaineffectofX-rayisthetemperatureincreaseoftheouterface;becauseofthethermalshockgeneratedbyX-ray,themaximumequivalentstressisgreaterthantheyieldstressofthematerial,anditresultsintheyieldatthelocalpartofthestructure.Keywords：X-ray:thermodynamicseffect

5、:thermalshock0引言X射线主要作用在结构外壳上，一方面使结构的迎光面薄层在很短时间内吸收大量核辐射能量，形成一个高温高压区，产生剧烈的绝热膨胀（热传导可忽略），导致一个向结构内部传播的非定常压力脉冲，即热击波.当热击波传到结构内表面时会发生卸载，形成回传的稀疏波，回传的稀疏波和热击波的稀疏段发生相互作用，产生拉伸应力，可能引起结构内表面附近发生层裂破坏［1-2］；另一方面，使结构的迎光面薄层温度在很短时间内快速升高，并向结构内传播.随着结构温度的升高，其材料性能会发生改变.当温度升高到一定程度后，会对丼关键部件的性能造成

6、严重影响，如材料弹性模量发生改变、材料的抗拉能力下降等，从而影响结构的性能.开展X射线作用下结构的温度、应力响应研究非常必要.本文的研究主要涉及结构响应方面，重点研究X射线作用下的温升在某结构中的传播规律及其热力学效应.1研究的问题及分析方法图1结构示意Fig.1Structurediagram以图1所示的结构为研究对象.该结构由A，B和C等3部分组成，A与B通过泡沫材料与C连接在一起.X射线作用的能量沉积在结构B的外表面，沿轴向呈余弦分布.在X射线作用下结构受热膨胀，各相邻构件间的初始间隙不断变化.巾于结构中各部件材料的力学性能和

7、物理性能都存在差异，层间的接触状态在热量传播过程中是变化的，这种变化既影响结构间的传热，又影响结构间的传力.因此，温升在结构传播过程中的热、力行为模拟涉及材料非线性、儿何非线性和边界非线性等问题，同时涉及热-力合问题.在X射线作用下，热量在结构各部件中的传播都为瞬态传热过程，系统中的温度、热流率、热边界条件以及系统内能等都随时间明显变化.根据能景守恒定律，瞬态热平衡方程［3］为？H?cT?+=Q(1)?H?式中：c为比热容矩阵，考虑系统内能的增加；TBX3为传导矩阵，包含导热系数、对流系数、辐射率和形状因数等；T为温度向量；T?为温

8、度对时间的导数；Q为热流率向量，包含热生成.在X射线作用下，结构可以在几十个纳秒下温升达600°C，即温升率很高.该温升下结构的热应力分析应考虑温度冲击的作用，为瞬态非线性(几何大变形和接触非线性)问题，其平衡方程为？+Cu?+Ku二