广义热弹扩散问题的有限元法

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经典传热学理论描述的热在介质中以无限大速度进行传播的现象，有悖于常识且与实验观测不符。为了进一步完善传热学理论，学者们先后建立了不同的广义的热弹性理论。目前，应用比较广泛的主要有Lord和Shulman建立的广义热弹性理论（简称L-S理论）以及Green和Lindsay建立的广义热弹性论（简称G-L理论）。L-S理论和G-L理论都能描述热以有限速度传播，且能描述弹性场和温度场之间的耦合关系。
　　扩散现象是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域自由迁移的现象，在实际应用中，物质浓度的计算遵从菲克定律。但是，菲克定律没有考虑扩散过程中物质浓度与原结构及温度之间的相互作用。Sherief等将L-S广义热弹性理论推广，得到了广义热弹性扩散理论，此理论弥补了菲克定律的不足，在描述温度场、弹性场和扩散场之间耦合效应的同时，还能描述变形场、温度场和扩散场以波的形式传播。
　　本文基于广义热弹性理论和广义热弹性扩散理论，运用有限元法研究了半无限大体受热冲击或热和化学势冲击的动态耦合响应问题。具体内容包括:
　　 (1)基于G-L理论，考察了考虑材料参数与温度相关的半无限大体的动态响应问题，结果表明当考虑材料特性参数与温度相关时，受热载荷冲击的半无限大体中的各个物理量的幅值都被减小。
　　 (2)基于广义热弹性扩散理论，研究了材料特性参数与温度的相关性对受热冲击和化学势冲击同时作用的半无限大体的影响，结果表明材料特性参数与温度相关时，各个物理量的幅值都减小。
　　上述研究表明，研究多场耦合问题对复杂服役环境中的结构的功能性设计和安全性设计，都具有重要的理论和现实意义。

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作者
史拴虎;
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作者单位

兰州理工大学;

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授予单位兰州理工大学;
学科工程力学
授予学位硕士
导师姓名何天虎;
年度 2013
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类热弹性力学（热应力）;
关键词
广义热弹扩散理论; 有限元法; 耦合效应; 菲克定律; 化学势;

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