广义电磁热弹扩散耦合问题的动态响应

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经典传热学理论中,描述温度场的扩散型控制方程,引起了热在介质中以无限大的速度传播,这有悖于常识且与实验观测不符。为了进一步完善传热学理论,人们先后建立了不同的广义的热弹性理论。目前,主要有Lord和Shulman提出的L-S理论,及Green和Lindsay提出的G-L理论。这两种理论都可以揭示热在介质中以有限的速度进行传播。   扩散现象是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域自由迁移直到均匀分布的现象。最近,Sherief等基于L-S理论和Fick定律提出了广义热弹性扩散理论。广义热弹性扩散理论不但能描述变形场、温度场和扩散场间的耦合效应,而且能描述变形场、温度场和扩散场以波的形式并以有限的速度进行传输。   本论文基于广义热弹性扩散理论,开展了如下的研究工作:为了避免积分变换方法在求解广义热弹性耦合扩散问题时由于数值反变换所引起的计算精度降低的问题,应用直接有限元方法,给出了广义热弹性扩散理论下的磁热弹耦合扩散的控制方程,建立了广义热弹性问题的虚位移原理,推导得到了相应的有限元方程。求解了置于磁场的半无限大体受热冲击作用和化学势作用的动态响应问题。具体为:   (1)利用有限元法求解广义电磁热弹耦合扩散问题,得到了无量纲温度、无量纲位移、无量纲应力、无量纲物质浓度、无量纲化学势及无量纲感应磁场的分布规律。结果表明,热弹波和扩散波以有限的速度传播,且扩散波的波速大于热弹波的波速。   (2)材料特性参数与温度相关的广义电磁热弹扩散问题的有限元求解,结果表明,当考虑材料特性参数与温度相关时,所有被考虑的物理量的幅值都被降低。
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