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大变形下周期性轴对称多孔微结构等效导热系数分析
Analysis of the effective thermal conductivity of periodic axisymmetric porous microstructures under large deformations
投稿时间:2024-03-13  修订日期:2024-05-19
DOI:
中文关键词:  大变形  周期性  多孔微结构  逆向运动  等效导热系数
英文关键词:Large deformations  Periodic  Porous microstructure  Inverse motion  Effective thermal conductivity
基金项目:国家自然科学基金(U1906233,11732004和1230020756),国家重点研发计划(2021YFA1003501),大连市支持高层次人才创新创业项目(2021RD16),辽宁省兴辽英才计划项目(XLYC2002108)
作者单位邮编
阎军 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室 工程力学系大连理工大学 宁波研究院 116024
刘志辉 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室 工程力学系 
隋倩倩 大连工业大学 机械工程与自动化学院 
聂英豪 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室 工程力学系 
范志瑞* 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室 工程力学系 116024
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中文摘要:
      周期性多孔微结构广泛应用于新型柔性变体飞行器结构设计中。飞行器高速运行产生大量热的同时会发生严重的变形,多孔微结构的变形将直接影响到结构的散热效果。目前,关于周期性多孔微结构变形与等效导热系数之间的关系尚未得到充分的研究。因此,本文开展大变形下三种周期性轴对称多孔微结构等效导热系数分析研究。基于逆向运动非线性分析方法,建立了考虑均匀压缩位移载荷下三种微结构大变形非线性分析模型,实现了三种微结构发生大变形下变形前结构形状的求解。利用稳态热传导方法求解变形前后结构的等效导热系数,并通过对比探讨变形与等效导热系数的变化规律。研究结果表明,在大变形情况下,随着压缩位移的增大,周期性轴对称多孔微结构变形前形状发生显著变化,等效导热系数的变化量最大接近90%,因此大变形下微结构等效导热系数的变化需被考虑。本研究为大变形情况下多孔微结构的传热设计提供了理论依据。
英文摘要:
      Periodic porous microstructures are widely utilized in the design of novel flexible morphing aircraft structures. During high-speed operation, these aircraft generate substantial heat and undergo severe deformation, directly impacting the microstructures' thermal dissipation efficiency. The relationship between the deformation of periodic porous microstructures and effective thermal conductivity remains inadequately studied. This paper analyzes the effective thermal conductivity of three types of periodic axisymmetric porous microstructures under large deformations. An inverse motion nonlinear analysis method is employed to establish a large deformation nonlinear analysis model for the three microstructures under uniform compression displacement loads, achieving the solution for the structural shape before deformation. The effective thermal conductivity of the structures before and after deformation is determined using the steady-state heat conduction method, and the variation in effective thermal conductivity with deformation is explored through comparison. Results show that under large deformations, the shape of the periodic axisymmetric porous microstructures changes significantly with increasing compression displacement, and the variation in effective thermal conductivity can reach up to 90%. Therefore, the variation of the equivalent thermal conductivity of microstructure under large deformation needs to be considered. This study provides a basis foundation for the thermal design of porous microstructures under large deformation conditions.
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