《非均勻材料中的非經典熱傳導相關的機電耦合力學》是依託哈爾濱工業大學，由王保林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：非均勻材料中的非經典熱傳導相關的機電耦合力學
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王保林
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
經典的傅立葉熱傳導定律認為在材料內部熱的傳遞過程是速度無限的擴散行為，難以反映現代科學技術中的高溫、高能、高速加熱情況。本項目以非傅立葉熱傳導(非經典熱傳導)理論為基礎，研究非均勻材料(主要是功能梯度材料及多層壓電介質)中的熱傳導及相關的熱/力/電耦合力學行為。建立非均勻材料中非傅立葉熱傳導問題的有限元素法軟體；研究非均勻材料內部的熱/機/電場隨時間變化的波動特徵和耦合行為；以非傅立葉熱傳導定理為基礎，研究非均勻材料的斷裂力學，給出熱裂紋尖端場的時空相關性和波動行為；建立非均勻材料在高溫下的熱衝擊阻力評價方法。本項目針對的都是以前沒有涉及到的領域。由於非傅立葉熱傳導定理和傳統的傅立葉熱傳導定理本質上的差別，本項研究預期將在功能梯度材料和多層壓電介質的熱/力/電耦合力學方面獲得一些新的規律和現象。
結題摘要
本項目主要在如下幾個方面取得了創新性研究成果 1.針對現代科學技術中的高溫、高能、高速加熱情況，建立了非經典熱傳導分析的有限元分析軟體，獲得了材料內部的熱/力耦合場隨時間變化的波動特徵, 給出了有限元數值分析結果的收斂性和數值計算過程的穩定性準則和條件。 2. 針對現代科學技術中的高溫、高能、高速加熱情況，建立了非經典熱傳導分析的有限元分析軟體，獲得了材料內部的熱/力耦合場隨時間變化的波動特徵；給出了均勻材料及層狀材料界面熱裂紋尖端場的時空相關性和波動行為；通過對熱彈性介質中的非經典熱傳導斷裂力學研究, 獲得了基於非經典熱傳導定理的裂紋擴展規律，以此為基礎，給出了材料的熱衝擊阻力評價方法。通過系統的研究，獲得了傳統的傅立葉熱傳導定理所無法揭示的一些新的規律和現象。 3. 按照計畫，本項目還開展了非均勻材料的熱/力/電耦合斷裂力學。主要內容包括：(1) 構造了含半橢圓型表面缺陷陶瓷材料的熱衝擊阻力分析方法; (2) 獲得了壓電材料在內部熱流和溫度作用下的熱、力、電場解; (3) 建立了熱壓電介質中的非導通裂紋的接觸區模型。 4. 除了完成非經典熱傳導及相關的機電耦合力學研究之外, 利用本項目的資助, 我們還在微納米尺度非均勻材料力學行為的連續介質模擬方面做了一些探索性研究。考慮到微納米尺度下材料不但存在明顯的非局部效應，而且具有複雜的表面應力問題, 我們首次將材料的非局部效應和表面效應統一考慮、引入到理論模型中，分析了納米板的屈曲和振動、納米線的機電耦合以及納米板的幾何非線性振動特性。同時, 為了研究表面效應對微納米材料斷裂行為的影響, 我們還分析了含有Ⅰ型裂紋的各向同性納米材料在無窮遠處受到應力載荷的問題, 獲得了裂紋尖端場與裂紋長度的尺度相關性的結果。通過本項目培養畢業博士2名、碩士8名。畢業研究生中，黑龍省優秀畢業生1人、哈工大三好學生2人、哈工大優秀畢業研究生2人。另外，有一名在讀博士研究生於2012年獲得國家獎學金資助。結合本項目, 發表SCI論文27篇、EI論文5篇，項目負責人及參與項目的研究生參加本領域的學術會議16人次。
