课题基金基金详情
具层间接触热阻的纤维金属层合板结构的三维热力响应双向反馈机制研究
结题报告
批准号:
11702247
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
蒋豪杰
依托单位:
学科分类:
A0807.复合材料与结构力学
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
马利、郭静、郑劲松、赵帅、梁友芳、肖伊利
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中文摘要
本项目针对具层间接触热阻的航空航天纤维金属层合板(Fiber Metal Laminates, FMLs)结构,拟系统研究其接触热阻、温度、位移与应力的分布形式和动态响应,并对高温环境下FMLs结构的耐高温和热力学性能进行表征,深入研究其三维传热行为和热力响应的双向反馈机制。. 本项目的创新之处包括:针对三维航空航天热环境中FMLs结构的温度固-液-气多相相变过程,建立一种基于相变的新型三维传热模型;基于FMLs结构各层间接触热阻与热量传导之间的串联形式,建立含层间接触热阻的热流传递网络模型;建立结构接触热阻和温度场相应的热弹塑性动力响应的双向反馈机制。. 本项目拟探究热环境因素、机械载荷和结构参数等对FMLs结构的接触热阻、温度场、位移场和应力场的影响机制,对于深入认识“具层间接触热阻的FMLs结构的三维热力响应双向反馈机制研究”具有重要的理论指导意义和工程应用价值。
英文摘要
The project aims at a aerospace fiber metal laminates(FMLs), and the thermal contact resistance, temperature, displacement and stress distributions as well as dynamic response of such a structure are systematically studied, then high temperature resistance and thermoelatoplastic dynamic response are characterized, finally the bidirectional feedback mechanism of three dimensional heat transfer behavior and thermodynamic response for the FMLs structure with interlaminar thermal contact resistance effect are studied.. The innovations of this project include: In view of the solid-liquid-vapor multiphase phase change process for the aerospace FMLs structure under three dimensional hot environment, a new three dimensional heat transfer model based on phase change process is established; Based on series connection for thermal contact resistance and thermal transfer of the FMLs structure between layers, a novel heat transfer network model including interlayer thermal contact resistance is established; bidirectional feedback mechanism of thermodynamic response for structure between thermal contact resistance, temperature and corresponding thermoelatoplastic dynamic response are set up.. This project intends to explore the effect of hot environment factors, external load and structural parameters on response mechanism of the thermal contact resistance, temperature, displacement and stress fields for the FMLs structure, which is of important theoretical guiding significance and engineering application value for deep understanding the “bidirectional feedback mechanism research of thermodynamic response for a FMLs structure with interlaminar thermal contact resistance” under three dimensional hot environments.
纤维金属层合板(Fiber Metal Laminates, FMLs)是一种由纤维复合材料与金属材料交替层压而成的复合材料结构。因此,FMLs结构兼具纤维复合材料与金属材料两者的耐疲劳与腐蚀、具较高的损伤容限和阻燃性等优点。正因该结构具有如此优良的力学性能,如今FMLs已成为航空航天等重要领域的蒙皮材料。然而考虑到组成航空航天结构的FMLs蒙皮材料常处于高低温交变和外界载荷突变等复杂工作环境,因此其材料耐高温和抗变形能力往往有限,最终会导致结构失效或破坏。目前,尚未有涉及三维热环境中FMLs结构的相关研究,也尚未研究复杂工作环境中FMLs结构的热力响应的正向(热物性参数如温度、热膨胀系数和接触热阻等对力学性能的影响)与逆向(弹塑性动力响应等力学行为表征参数对热物性的影响)的双向反馈机制。. 本项目基于经典的三维热传导理论,考虑FMLs各纤维复合材料层与金属层之间的层间接触热阻、FMLs结构的能量传递机制等多种因素,建立了热环境中FMLs结构的接触热阻模型以及三维稳态与瞬态的传热模型;本项目综合考虑热膨胀系数、温度和接触热阻等,研究了FMLs结构铺设层数、铺设次序、纤维方向、面内尺寸比、厚长比以及服役条件等因素因素研究了具层间接触热阻的FMLs结构的三维传热模型,三维热环境中FMLs结构的热黏弹性动力学行为以及湿热动力学行为。. 本项目重要结果包括:随着FMLs层数的增加,具热障涂层FMLs结构的刚度和质量均有所减小,并且质量降低的速率比刚度降低的速率大的多,因此,振动频率会有所增大而挠度的幅值会有所降低;面内位移u/a更加容易受温度的影响,温度引起的正应力比位移引起的正应力更大;剪切应力σxz仅与绕中面法线转角φ以及挠度有关,而正应力与面内位移和温度增量两者均相关。. 本项目解决了结构三维热传导模型与热环境中力学行为模型的位移与载荷等形函数的匹配问题、结构温度与层间接触热阻如何解耦的问题以及热环境中FMLs结构热力响应的双向反馈机制问题,对深入理解FMLs结构的热力微观响应机制并反馈于FMLs结构的设计过程具有极其重要的意义。
期刊论文列表
专著列表
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专利列表
DOI:--
发表时间:2020
期刊:Applied Mathematical Modelling
影响因子:5
作者:Ning-Hua Gao;Jun-Wei Lian;Zhao-Hui Xu;Hao-Jie Jiang
通讯作者:Hao-Jie Jiang
DOI:10.2298/tsci190704445g
发表时间:2019
期刊:Thermal Science
影响因子:1.7
作者:Ning-Hua Gao;Jun-Wei Lian;Zhao-Hui Xu;Hao-Jie Jiang
通讯作者:Hao-Jie Jiang
Virtual tests of elastodynamic response of natural fiber-reinforced orthotropic plates
天然纤维增强正交各向异性板弹动力响应虚拟试验
DOI:10.1016/j.compstruct.2018.02.093
发表时间:2018-05
期刊:Composite Structures
影响因子:6.3
作者:Li Ma;Chuan-Chuan Shen;An-Da Zhang;Xiao-Gui Wang;Li-Hua Liang;Jin-Yang Zheng
通讯作者:Jin-Yang Zheng
Explicit dynamic fracture simulation of two-phase materials using a novel meso-structure modelling approach
使用新型细观结构建模方法对两相材料进行显式动态断裂模拟
DOI:10.1016/j.compstruct.2018.10.029
发表时间:2019-01
期刊:COMPOSITE STRUCTURES
影响因子:6.3
作者:Yangjian Xu;ShuaiZhao;Guohui Jin;Lihua Liang;Haojie Jiang;Xiaogui Wang
通讯作者:Xiaogui Wang
DOI:10.2298/tsci190102268w
发表时间:--
期刊:Thermal Science
影响因子:1.7
作者:Xiao-Gui Wang;Yi-Li Xiao;Ning-Hua Gao;Li-Hua Liang;Cong-Da Lu;Hao-Jie Jiang
通讯作者:Hao-Jie Jiang
Nd:YAG 激光热损治疗深埋 PWS 周边组织的三维热控-力变微观响应机制研究
  • 批准号:
    LY22A020001
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    蒋豪杰
  • 依托单位:
国内基金
海外基金