蜂窝夹层复合材料结构非线性传热分析

      考虑材料热物性随温度变化的影响，针对蜂窝夹层复合材料结构的特点，假定其内部的瞬态温度场的分布状况，并在此假定的基础上基于三维各向异性热传导理论及复合材料层合结构传热分析的热叠层方法，提出一种针对蜂窝夹层复合材料结构的改进的计算方法，并推导出蜂窝夹层复合材料结构瞬态温度场分析的有限元方程。应用这种方法对热物性非线性蜂窝夹层复合材料板的瞬态温度场进行分析，数值算例结果显示了材料特性的非线性对蜂窝夹层复合材料板热传导的影响，只有非线性程度很小时忽略非线性因素导致的误差才可被忽略：当非线性程度较强烈时，考虑非线性因素的计算结果与忽略非线性因素的计算结果就会产生很大偏差。

      复合材料结构由于具有强的热各向异性、非线性、热耦合性等特点，与各向同性均质结构相比，其热传导分析十分复杂。传统的解析方法只能解决复合材料的一些简单热传导问题，无法求解复杂边界条件及复杂结构的传热问题。许多研究人员采用有限元法对复合材料夹层结构的热传导进行了研究计算，比较突出的结果有Padovan.考虑各向异性的影响，研究了正交各向异性无限大层合板和层合圆柱壳的热传导问题，Ta mma等人对三维热分析模型进行了简化，提出了准三维温度场分析模型等。

       在进行复合材料传热分析的计算时通常假定复合材料结构热物性是恒定的，一般主要是指热物性不随温度变化，即只限于线性热传导问题的计算。但是实际上，上述假定对于每种复合材料都只在特定的温度范围内才是正确的，虽然有一些复合材料的热物性在较小的温度范围内不随温度变化，但一旦超过这个温度界限，则表现出强烈的热非线性行为。复合材料的热物性参数主要是指材料的热导率kij、对流换热系数a和比热容c。一般情况下，大多数复合材料的比热容随着温度的升高而增大，而热导率则随着温度的升高而减小。而实践证明，很多情况下假定材料热物性是恒定的将导致不能忽视的误差，必须考虑材料的热物性随温度变化造成的影响。

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