《疊層複合材料微諧振器的瞬態熱衝擊問題》是依託北京航空航天大學，由孫玉鑫擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：疊層複合材料微諧振器的瞬態熱衝擊問題
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：孫玉鑫
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目將研究超短雷射脈衝作用下兩種典型疊層複合結構的熱彈性耦合行為與特性，即多層微諧振器和含有納米覆蓋層的微諧振器。結合理論分析與數值模擬，對疊層複合結構微諧振器的熱衝擊行為的基礎理論和分析方法進行探索，發展一種基於微觀理論和準連續介質力學以及非傅立葉熱傳導理論的研究方法，分析在短脈衝雷射作用下，尺寸效應對疊層微諧振器的振動頻率、位移振幅、熱衰減以及應力與溫度場分布的影響，揭示疊層複合材料在熱衝擊作用下的層間效應機理。
結題摘要
本項目研究了雷射脈衝作用和斜坡形熱衝擊作用下疊層複合結構的熱彈性耦合行為與特性，結合理論分析與數值模擬，對疊層複合結構的熱衝擊行為的基礎理論和分析方法進行探索。本項目的主要工作有： （1）對於表層有金屬薄層覆蓋的諧振器，研究了薄層在雷射脈衝作用和斜坡形熱衝擊作用下的熱彈性行為。根據金屬薄膜熱傳導的電子——聲子兩步模型及廣義熱彈性理論，建立了控制方程組，並且採用拉普拉斯變換的方法進行求解。得到了金屬薄膜的位移、晶格溫度、電子溫度和應力，可以明顯看到應力波在薄膜中的傳播現象，並且分析了薄膜厚度以及雷射脈衝和坡形加熱的各個參數的影響。 （2）對三層和雙層圓板微諧振器的熱彈性衰減特性進行理論分析，根據平面應力理論建立其控制方程組，並且考慮簡諧振動的情況，求出其振動復頻率，最後得出熱彈性衰減係數的解析表達式。分析了圓板的半徑、厚度、成分體積比、材料選擇等因素對熱彈性衰減的影響。並且採用商業軟體進行數值模擬，把兩種結果比較，進一步對理論模型進行分析，提出了簡化的理論模型。 （3）分析了雙層圓板諧振器在雷射脈衝作用和斜坡形熱衝擊作用下的熱彈性行為。首先在柱坐標系中建立雙層圓板結構的二維熱傳導方程對應的格林函式，然後針對雷射脈衝作用（非齊次方程）和斜坡形熱衝擊作用（非齊次邊界條件）分別求解其溫度場，再把溫度場代入到振動方程中，對於所獲得的振動方程建立其格林函式，並求解其位移。最後分析了各個參數對溫度與位移的影響，溫度沿厚度和半徑方向的變化，以及位移沿半徑方向的變化。 （4）採用商業軟體對金屬薄板在雷射脈衝作用下的熱衝擊行為進行了有限元模擬。在模擬過程中，把雷射束的能量視為熱源，建立其表達式，並引入到有限元模型中，計算了鋁板的溫度與應力的空間分布和時間分布。在模擬中，同時考慮了薄板局部融化的情況，在不同的相態選擇不同的比熱，從而更合理有效的模擬溫度與應力隨時間的變化，及其沿厚度和徑向的傳播過程。
