正交各向异性材料热弹性问题的三维无网格法计算模型及应用

• 作者: 张建平 刘庭显 王树森 龚曙光 胡慧瑶
• 来源期刊: 应用力学学报
• 关键词: 正交各向异性材料 三维无网格伽辽金法 热弹性分析 材料方向角 拉压弹性模量因子
• 年，卷（期）: 2021,（1）
• 页码范围: 1-10
• 页数: 10页
• 分类号: TB330.1|TH114
• 语种: 中文
• DOI: 10.11776/cjam.38.01.B135

摘要

建立了正交各向异性材料热弹性问题的三维无网格伽辽金(Element Free Galerkin,EFG)法计算模型.利用该计算模型对三维复合材料汽轮机叶轮和轴承座进行了热弹性分析,对比了材料方向角及热导率因子、热膨胀系数因子和拉压弹性模量因子不同组合情况下轴承座的最大热变形总位移和当量应力值,讨论了材料方向角及上述正交各向异性因子对热变形和当量应力的影响规律,并与各向同性材料进行了对比.结果表明:三维EFG模型的热变形总位移和当量应力相对误差范数分别比有限元法小0.1215％和0.1359％;材料方向角同时影响热变形的大小和方向,但对当量应力方向影响不大;正交各向异性材料因子主要影响热变形和当量应力的大小.在考虑热-机械载荷作用下的三维复合材料零件结构设计中,当以刚度或强度为主要需求时,材料方向角、热导率因子、热膨胀系数因子、拉压弹性模量因子分别在(45°～60°,8∶1∶4～10∶1∶5,(1/6)∶(1/5)∶1～(1/5)∶(1/4)∶1,(7/5)∶1∶(9/5)～(3/2)∶1∶2)或(0°～10°,(1/10)∶1∶(1/5)～(1/8)∶1∶(1/4),(1/5)∶1∶(1/6)～(1/4)∶1∶(1/5),1∶(1/5):(1/10)～1∶(1/4)∶(1/8))范围内取值能有效降低轴承座等结构的热变形和当量应力.