《热结构耦合场分析》课件.pptxVIP

热结构耦合场分析制作人：时间：2024年X月

目录第1章简介

第2章热场建模

第3章结构场建模

第4章热结构耦合场建模

第5章应用和实例

第6章总结

01第1章简介

课程简介本课程旨在介绍热结构耦合场分析的基本概念及应用。通过本课程的学习，您将了解如何分析和解决热场与结构场之间的相互作用问题。

课程安排和教学方法概述本课程为10周课程，每周授课2次，每次课程为1小时。课程内容包括基础概念、传热学基础、结构力学基础、热结构耦合场分析等。教学方法包括讲授、案例分析和实验演示。

基础概念热结构耦合场分析是指热场和结构场相互作用的分析。其中，热场是指温度场和热流场，结构场是指位移场、应力场和变形场。耦合场是指热场和结构场之间的相互作用场。

传热学基础传热学是研究物体内部和物体之间热量传递规律的学科。传热可以分为三种方式：对流、传导和辐射。传热方程可以通过能量守恒和热力学第二定律得出。

结构力学基础结构力学是研究物体受力和变形规律的学科。静力学是研究物体受静力平衡条件限制的规律；动力学是研究物体在受到外力时的运动规律。

热结构耦合场分析的应用领域航空航天核工程汽车工程电子技术

流体通过传输方式传递热量对流0103电磁波在真空中传递热量辐射02物体内部通过分子间相互作用传递热量传导

结构力学研究物体受力和变形规律

结构的受力分析

结构的变形分析相同点都属于工程力学的分支

都需要掌握力学、数学和物理等基础知识热结构耦合场分析和结构力学的比较热结构耦合场分析热场和结构场相互作用

热场和结构场存在耦合场

分析复杂结构的温度分布和应力分布

热结构耦合场分析案例以航空航天领域为例，热结构耦合场分析可以用于分析飞机起飞时引擎和机身受到的温度和应力分布情况。

02第2章热场建模

热传导方程热传导方程是描述热场传导过程的微分方程，可以用于计算物体内部和表面的温度分布。一维、二维和三维的热传导方程分别为：

一维热传导方程傅里叶热传导定律公式温度或热通量边界条件分离变量法求解方法

二维热传导方程拉普拉斯方程公式温度或热通量边界条件分离变量法、有限元法求解方法

三维热传导方程泊松方程公式温度或热通量边界条件有限元法、有限差分法求解方法

热源模型热源模型是描述热源分布的数学模型。常见的热源模型有点源和面源两种，可以通过适当的边界条件，加入热源项，使热传导方程可以用于求解复杂的热场问题。

点源热源模型高斯函数公式温度或热通量边界条件格林函数法求解方法

面源热源模型微元法公式温度或热通量边界条件有限元法、有限差分法求解方法

已知温度第一类边界条件0103混合边界条件第三类边界条件02已知热通量第二类边界条件

热对流换热热对流换热是指在流体内部或流体与固体的界面上发生的热传递。自然对流是指流体因密度差异而形成的对流运动，强制对流是通过外部力或内部驱动力导致的流体运动。

强制对流外力或马达驱动

流态可控

适用于封闭系统自然对流和强制对流自然对流密度差异驱动

无需外力驱动

适用于开放系统

03第3章结构场建模

结构力学方程结构力学方程是描述结构受力情况的数学模型。其推导基于结构静力学和结构动力学原理，包括平衡方程和应变-位移方程。通过求解结构力学方程，可以得到结构的受力情况和变形情况，为结构设计和分析提供基础。

材料模型材料模型是描述材料力学性质的数学模型。根据不同的材料特性和应用场景，材料模型可以分为线性弹性模型、非线性弹性模型和塑性模型等。其中，线性弹性模型是最为常用和简单的一种模型，可以用于描述大多数金属和非金属材料的弹性行为。非线性弹性模型和塑性模型则用于描述材料在更大应变下的非线性变形行为。

本构关系本构关系是描述材料应力和应变关系的数学模型。根据应力和应变之间的关系，本构关系可以分为线性、非线性和强非线性的本构关系。其中，线性本构关系是最为常用和简单的一种模型，适用于描述小应力下的材料行为；非线性本构关系和强非线性本构关系则用于描述超过线性弹性限度的材料行为。

边界条件边界条件是描述结构外界限制情况的数学模型。根据限制的方式和位置，边界条件可以分为位移边界条件、应力边界条件和接触边界条件等。其中，位移边界条件是描述结构位移限制的模型；应力边界条件是描述结构应力限制的模型；接触边界条件是描述结构与外界接触情况的模型。

线性弹性模型在小应力下成立描述线性关系，且比例系数为常数，即杨氏模量应力-应变关系弹性变形具有可逆性，不存在永久变形本构关系

非线性弹性模型在超过线性弹性限度下成立描述非线性关系，且比例系数为变量，随应力增大而变化应力-应变关系弹性变形具有可逆性，存在永久变形本构关系

塑性模型在极限强度下成立描述非线性关系，且比例系数为变量，随应力增大而变化应力-应变关系弹