壳体温度场有限元分析:线性与二次变化模型

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"该资源是一篇关于一般壳体温度场的有限元分析的学术论文,发表于1989年的《清华大学学报(自然科学版)》第29卷第5期。作者通过构建特殊的壳体温度单元,解决了壳体结构温度场分析的问题,尤其是对于石油、化工、核动力等领域中常见的壳体结构或壳体与实体组合结构的温度分析。文中介绍的单元允许温度在壳体厚度方向上呈现线性或二次函数的变化,并通过引入边界条件,简化了计算过程,降低了计算量。此外,论文还采用罚函数法实现壳体温度单元与实体温度单元的连接,提高了分析效率。尽管已有少数文献探讨类似问题,但本文提出的单元在减少未知自由度方面具有优势,扩大了应用范围。论文还指出,将这种方法扩展到瞬态温度场分析是可能的。" 这篇论文的核心知识点包括: 1. 壳体温度单元:作者设计了一种新的壳体温度单元,它能够适应壳体厚度方向上的线性或二次温度变化模型,这为分析壳体结构的温度场提供了新的工具。 2. 边界条件:通过引入壳体内外表面的边界条件,只保留中面节点的温度作为未知自由度,大大简化了数学模型,减少了计算的复杂性。 3. 罚函数法:采用罚函数法实现壳体温度单元与实体温度单元的联合,使得两种不同类型的单元能够在同一个有限元分析中协同工作,提高了分析的效率和精度。 4. 数据准备和运算时间的优化:所建立的有限元表达格式在数据准备和计算时间上都有显著的节省,相比传统的算法更具优势。 5. 应用范围:这种壳体温度单元不仅适用于稳态温度场分析,而且有望扩展到瞬态分析,为壳体结构和壳体-实体组合结构的热应力分析提供了有效方法。 6. 对比现有方法:与已有的三维实体单元转换形式相比,本文提出的壳体温度单元在减少未知自由度和增加温度变化灵活性方面有所改进。 7. 领域应用:该研究对于石油、化工、核动力等行业的壳体结构分析具有重要的实际意义,有助于解决实际工程中的温度场计算难题。