多功能复合涂层结构热冲击边界元分析算法研究

The boundary element method has distinct advantages in the analysis of composite coating failure mechanism under thermal shock. However, the traditional boundary integral equation is established only for single homogeneous material, establish of the composite transient thermal shock boundary integral equation is still a challenging issue.This project is an effort to solve this problem. . Based on the transient thermal shock characteristics of short time, high temperature gradient and strengful thermal strain, the basic research idea of this project is to choose the right fundamental solution and normalized physical quantities to build the varying coefficient boundary-domain integral equations. The radial integration method is used to transform the domain integrals appearing in the derived basic boundary-domain integral equations into boundary integrals, resulting in a pure boundary element analysis algorithm..In the project,some other key issues appearing in the analysis of multi-functional composite coating system are also studied, such as structural multi-scale problems and non-homogeneous algorithm efficiency, etc. This project not only can fill up the blank of boundary element method in analyzing thermal-mechanical coupling problems under thermal shocks, but also can provide a powerful method to solve the complex engineering problems.

边界单元法在分析复合涂层热冲击失效机理方面具有独特的优势。然而，传统的边界积分方程只是对单一均质材料建立的，建立复合材料瞬态热冲击边界积分方程仍是一个极具挑战性的难题。本课题就是在这方面的一次努力，研究一种能解决瞬态热弹性耦合效应问题的边界积分方程。基于瞬态热冲击作用时间短、温度梯度大、热应变剧烈的特点,本项目的基本研究思路是:选择合适的基本解和规格化物理量建立变系数边界-域积分方程，运用径向积分法将积分方程中的域积分转换成等效的边界积分，从而形成不需要内部网格的纯边界元算法。本项目还将研究多功能复合涂层体系受力分析中出现的一些关键技术问题，如结构多尺度问题和非均质材料算法效率问题等。本项目的工作既可填补目前国内外边界元法在热冲击热弹性耦合问题方面的空白，又可为解决复杂的表面工程问题提供有力的分析手段。

边界单元法在分析复合涂层热冲击失效机理方面具有独特的优势。然而，传统的边界积分方程只是对单一均质材料建立的，建立复合材料瞬态热冲击边界积分方程仍是一个极具挑战性的难题。本课题就是在这方面的一次努力，在前期研究工作基础上，首先建立了基于径向积分法的瞬态热传导边界积分方程；然后建立了非均质热弹性问题的边界积分方程，针对数值求解径向积分非常复杂且耗时的不足，推导出了一种新的处理变系数热弹性问题的径向积分解析计算方法，计算效率得到了显著提高。最后，基于线弹性耦合热弹性动力学问题的基本方程，同时考虑惯性项和耦合项的影响。在功能梯度材料瞬态热传导问题和弹性动力问题的径向积分边界元法基础上，建立了功能梯度材料耦合热弹性动力学问题的径向积分边界元法。本项目的工作既可填补目前国内外边界元法在热冲击及热弹性耦合问题方面的空白，又可为解决复杂的表面工程问题提供有力的分析手段。