[发明专利]一种基于弹性连接的热-机械耦合效应的分析方法及系统

权利要求书

1.一种基于弹性连接的热-机械耦合效应分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据环境实测温度确定物体的温度分布，结合物体材料的比热容、材料密度和温度变化时间，构建物体一端为弹性体约束模型的热平衡方程边界条件；

步骤二：通过物体一端为弹性体约束模型的热平衡方程边界条件，基于弹性体与周边介质的热交换满足牛顿冷却定律、弹性体表面不进行热交换以及弹性体表面热量平衡方程，获取模型其他区域的动态温度场方程；

步骤三：根据各温度场，结合热效应中的应力应变本构关系，求解物体一端为弹性体约束模型中各处应力场；

步骤四：根据物体一端为弹性体约束模型中各处应力场，并结合热应力模型与弹性体模型，获取物体各部分机械结构的运动学方程，进而对热-机械耦合效应进行分析。

2.根据权利要求1所述的热-机械耦合效应分析方法，其特征在于，所述热平衡方程边界条件为：

其中，C为材料的比热容；ρ为材料密度；t为温度变化时间；T为实测温度。

3.根据权利要求1或2所述的热-机械耦合效应分析方法，其特征在于，动态温度场方程为：

其中，λ为导热系数；β为热交换系数；T(x,y,z,t)为物体内部温度；T_a为周边环境介质温度；n为温度梯度方向；公式(1)表征弹性体与其周边介质的热交换满足牛顿冷却定律；

T(x,y,z,t)|_s＝T_s(t)         (2)

其中，T_s()为物体表面温度；公式(2)表征弹性体表面不进行热交换；

其中，w为物体与外界交换的热功；公式(3)表征弹性体表面热量平衡。

4.根据权利要求3所述的热-机械耦合效应分析方法，其特征在于，机械结构的动力学方法为：

(-ω²M+K)x＝0

其中，ω为振动频率；M为机械结构质量矩阵；K为机械结构刚度矩阵；x为机械结构非固定自由端的位移。

5.一种基于弹性连接的热-机械耦合效应分析系统，其特征在于，包括：

热平衡方程边界条件的构建模块，用于根据环境实测温度确定物体的温度分布，结合物体材料的比热容、材料密度和温度变化时间，构建物体一端为弹性体约束模型的热平衡方程边界条件；

动态温度场方程的构建模块，用于通过物体一端为弹性体约束模型的热平衡方程边界条件，基于弹性体与周边介质的热交换满足牛顿冷却定律、弹性体表面不进行热交换以及弹性体表面热量平衡方程，获取模型其他区域的动态温度场方程；

应力场求解模块，用于根据各温度场，结合热效应中的应力应变本构关系，求解物体一端为弹性体约束模型中各处应力场；

热-机械耦合效应分析模块，用于根据物体一端为弹性体约束模型中各处应力场，并结合热应力模型与弹性体模型，获取物体各部分机械结构的运动学方程，进而对热-机械耦合效应进行分析。

6.根据权利要求5所述的热-机械耦合效应分析系统，其特征在于，所述热平衡方程边界条件为：

其中，C为导热系数；ρ为材料密度；t为时间；T为实测温度。

7.根据权利要求5或6所述的热-机械耦合效应分析方法，其特征在于，动态温度场方程为：

其中，λ为导热系数；β为热交换系数；T(x,y,z,t)为物体内部温度；T_a为周边环境介质温度；n为温度梯度方向向量；公式(1)表征弹性体与其周边介质的热交换满足牛顿冷却定律；

T(x,y,z,t)|_s＝T_s(t)         (2)

其中，T_s(t)为物体表面温度；公式(2)表征弹性体表面不进行热交换；

其中，w为与外界交换的热功；公式(3)表征弹性体表面热量平衡。

8.根据权利要求7所述的热-机械耦合效应分析方法，其特征在于，机械结构的动力学方法为：

(-ω²M+K)x＝0

其中，ω为振动频率；M为机械结构质量矩阵；K为机械结构刚度矩阵；x为机械结构非固定自由端的位移。