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材料研究与计算机应用---------上机实践课程
主讲人-黄远
天津大学材料科学与工程学院
E-mail:yi-******@tju.
办公地点:第二十五教学楼C座802室
1、水下潜艇壳体材料由三层组成,最外一层为不锈钢,中间
为玻璃纤维构成的隔热层,最里层为铝,潜艇可以简化为一圆
筒,于是筒内为空气,筒外为海水,分别见图1、2,参数见
表1。求内外壁面温度及温度分布。
空气
海水
3、铝
2、玻璃纤维
1、不锈钢
铝
不锈钢
玻璃纤维
空气
海水
R15 feet
3/4’’
1/4’’
1’’
1
3
2
1
一、温度场的有限元求解
表1:潜艇壳体材料的各项参数
几何参数
热导率Btu/hftF
边界条件
筒外径
30 ft
不锈钢

空气温度
70F
总壁厚
2in
玻璃纤维

海水温度
F
不锈钢层壁厚
in
铝

空气对流传热系数
ft2F
玻纤层壁厚
1in
海水对流传热系数
80Btu/hft2 F
铝层壁厚

筒长
200ft
热流率heat flow, 热流密度heat flux, 生热速率heat generator,对流传热convection
2、为一个工业用烟囱的截面图,烟囱所用材料为混凝土,其热
导率=/(m·K)。假设烟囱内表面的温度恒定为100℃,
外表面暴露在温度为30℃的大气中。外表面与空气之间的对流
传热系数k=20W/(m2·K)。
60cm
20cm
100℃
Tf=30℃
h=20W/(m2·K)
作业:
用ANSYS有限元软件分析6061Al/SiC层合复合材料的温度场。其结构示意图及尺寸见下图。材料性能数据见表。初始和边界条件
为:对称面的温度分布为0C,外表面为40C。求其温度场分布。
SiC
6061Al
对称面
x
y
z
1/4模型
34



表:材料性能数据表
材料
类型
T
(C)
E
(GPa)

y
(MPa)
ET
(GPa)

(10-6/C)
K
(W/(mC))
6061Al
205
70

119



20
126

23
-20
139

22
-60
157


-112
169

18
-196
177


SiC
All temp
442

elastic
elasitc

33
Select Entities-Elements-by attributes-Materials num-1-Ok-Plot-Elements-Plot results-Contour plots-Nodes solutions -DOF