摩擦过程传热与弹塑性变形的熵产生分析

摘要

以半无限体上匀速移动的常值热源的传热为物理模型,给出了点热源熵产生场的解析形式,利有数字积分的方法获得移动抛物柱热源热传导的熵产生场.研究表明,热源区内材料表面熵产生变化不大,而材料表层以下熵产生急剧衰减;随速度增加,熵产生的值先升后降,熵产场中的最大值点先偏向热源前部,后偏向后部.以微动磨损为模型,导出摩擦磨损过程中弹塑性变形的熵产生表达式,用有限元的方法得到有关应力应变,编制了后处理程序计算出塑性变形的熵产生分布.把熵产场分布图与塑性变形图及最大剪应力图相对照,发现熵产生最大值点的位置与最大剪应力位置相同,均处于表面以下一定深度处;当超过该深度,熵产生衰减很快;得出弹性变形对熵产生的影响很小,而塑性变形是形成熵产生的主要原因的结论.

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1摩擦学的历史沿革

1.2摩擦学的特点

1.3摩擦学的研究范围及现状

1.4摩擦学研究的系统分析

1.5本文的研究内容

第二章摩擦体系的热力学分析及熵的引入

2.1摩擦磨损过程的热力学研究回顾

2.1.1Klamecki的研究成果

2.1.2 Zmetrowicz的研究成果

2.1.3前苏联的研究成果

2.2非平衡态热力学基础

2.2.1局部平衡假设

2.2.2连续性方程

2.2.3质量守恒方程

2.2.4熵平衡方程

2.3摩擦体系的熵平衡方程

2.3.1质量守恒方程

2.3.2动量守恒方程

2.3.3能量守恒方程和熵平衡方程

2.4摩擦磨损过程的熵流、熵产生及体系发展判据

2.4.1摩擦磨损过程中的熵流、熵产生

2.4.2摩擦体系的发展趋势

2.5熵及其在摩擦学研究中的意义

2.5.1熵概念的演变

2.5.2熵含义的探讨

2.5.3熵在摩擦学研究中的意义

第三章摩擦热传导及其熵产场分析

3.1模型的建立及公式的推导

3.1.1物理模型和数学模型的建立

3.1.2移动热源的温度场分布

3.1.3导热过程的熵产生率

3.2计算方法的考虑

3.3有关点热源的结论

3.3.1点热源的温度场分布

3.3.2点热源的熵产场分布

3.4面热源的温度场和熵产生场的分布

3.4.1面热源的温度场分布

3.4.2面热源的熵产场分布

3.4.3主要结论

第四章材料弹塑性应力及其熵产场分析

4.1微动磨损的系统分析及其模型的建立

4.1.1磨损的分类及其与塑性变形

4.1.2微动磨损的研究现状及其意义

4.1.3微动磨损的物理模型

4.2弹塑性变形熵产公式的进一步推导

4.2.1速度梯度及其含义的分析

4.2.2偏应力张量

4.2.3塑性变形的熵产生公式

4.3有限元模型的建立

4.3.1计算方法的考虑

4.3.2模型参数

4.3.3有限元模型的建立

4.4有关应力应变的结论

4.4.1赫兹接触下应力应变的结论

4.4.2应力应变随时间的变化

4.4.3不同振幅下应力应变的对比

4.5弹塑性变形的熵产生的求取

4.6主要结论

第五章总结与展望

致谢

硕士期间主要科研成果

参考文献