梯度复合材料热传导分析的梯度单元法

来源期刊：复合材料学报2012年第4期

论文作者：陈康 许希武

文章页码：178 - 185

关键词：梯度单元;热传导分析;梯度复合材料;有限元方法;细观力学;

摘    要：给出了一种适用于梯度复合材料热传导分析的梯度单元,采用细观力学方法描述材料变化的热物理属性,通过线性插值和高阶插值温度场分别给出了4节点和8节点梯度单元随空间位置变化的热传导刚度矩阵。推导了在温度梯度载荷和热流密度载荷作用下,矩形梯度板的稳态温度场和热通量场精确解。基于该精确解对比了连续梯度模型和传统的离散梯度模型的热传导有限元计算结果,验证了梯度单元的有效性,并讨论了相关参数对梯度单元的影响。结果表明,梯度单元和均匀单元得到的温度场基本一致;当热载荷垂直于材料梯度方向时,梯度单元能够给出更加精确的局部热通量场;当热载荷平行于材料梯度方向时,4节点梯度单元性能恶化,8节点梯度单元和均匀单元的计算结果与精确解吻合很好。