复合材料夹芯结构非线性热传导分析

      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。

      复合材料层合结构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层合结构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层合结构的热传导进行了研究计算，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。Rolfes提出了与有限元结合的热叠层理论，这种理论是解决复合材料层合结构瞬态热分析的一种有效方法，与三维热计算方法相比具有计算效率高的优点。李松年、邱志平、马玉娥、杨自春邴。等也应用这种方法对复合材料层合结构非线性瞬态热分析进行了研究。通常在分析复合材料夹芯结构时都只是简化应用以上各种针对复合材料层合结构的计算方法，而若要对复合材料夹芯结构精细温度场进行计算，目前只能严格按照三维有限单元逐层建模，总之对于复合材料夹芯结构精细温度场分析尚缺乏具有针对性的方法。为了更好地分析和计算复合材料夹芯结构的热传导问题，还需进一步研究。

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