蜂窝夹层复合材料结构非线性传热分析.pdf

复合材料学报第22卷第5期10月2005年
ActaMateriaeCompositaeSinicaVol122No15October2005

文章编号:100023851(2005)0520147208

蜂窝夹层复合材料结构非线性传热分析

邱志平3,林强
(北京航空航天大学固体力学研究所,北京100083)

摘要:考虑材料热物性随温度变化的影响,针对蜂窝夹层复合材料结构的特点,假定其内部的瞬态温度场
的分布状况,并在此假定的基础上基于三维各向异性热传导理论及复合材料层合结构传热分析的热叠层方法,
提出一种针对蜂窝夹层复合材料结构的改进的计算方法,并推导出蜂窝夹层复合材料结构瞬态温度场分析的有
限元方程。应用这种方法对热物性非线性蜂窝夹层复合材料板的瞬态温度场进行分析,数值算例结果显示了材
料特性的非线性对蜂窝夹层复合材料板热传导的影响,只有非线性程度很小时忽略非线性因素导致的误差才可
被忽略;当非线性程度较强烈时,考虑非线性因素的计算结果与忽略非线性因素的计算结果就会产生很大偏差。
关键词:蜂窝夹层复合材料;非线性传热;瞬态温度场
中图分类号:V21414;TB33011文献标识码:A

NONLINEARHEATTRANSFEROFHONEYCOMBSANDWICH
COMPOSITEMATERIALSTRUCTURE

QIUZhiping3,LINQiang
(InstituteofSolidMechanics,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China)

Abstract:Basedonthecharacteristicsofthehoneycombsandwichcompositematerialstructures,thetransient
temperaturefieldofthestructuresisassumed.Dependingonthisassumptionandwiththeconcernoftheeffectof
temperatureontheheatcharacteristicofthematerial,amethodforhoneycombsandwichcompositematerialstruc2
tureheattransferisobtained.Itisanimprovedapproachbasedonthe32Danisotropyheattransfertheoryandthe
compositematerialthermallaminatedtheory.ThecorrespondingFEMequationsarealsoconstructed.Anexample
solvedwiththismethodisgivenattheend.Therearethreedifferentlevelsfornonlinearheatcharacteristicsofthe
materialdiscussedinthisexample.Theresultsofthenumericalexampleshowthatthenonlinearfactorscanbeneg2
lectedonlywhenthedegreeofthenonlinearityisveryweak,andinmostinstancesthenonlinearfactorscannotbe
neglectedatall.
Keywords:honeycombsandwichcompositematerial;nonlinearheattransfer;transienttemperaturefield

复合材料结构由于具有强的热各向异性、非线等。最近RRolfes[3,4]提出了与有限元结合的热叠层
性、热耦合性等特点,与各向同性均质结构相比,理论,这种理论是解决复合材料叠层结构瞬态热分
其热传导分析十分复杂。传统的解析方法只能解决析的一种有效方法,与三维热计算相比具有计算效
复合材料的一些简单热传导问题,无法求解复杂边率高的优点。李松年[5]、杨自春[6,7,8]等学者也应用
界条件及复杂结构的传热问题。许多研究人员采用这种方法对复合材料叠层结构非线性瞬态热分析进
有限元法对复合材料夹层结构的热传导进行了研究行了研究。但是以上各种方法都是对一般的复合材
计算,比较突出的结果有Padovan[1]考虑各向异性料层合结构的分析,没有特别针对复合材料蜂窝夹
的影响,研究了正交各向异性无限大层合板和层合层结构进行研究,因此这些方法并不十分适用于对
圆柱壳的热传导问题,Tamma[2]等人对三维热分复合材料蜂窝夹层结构非线性