一种基于真实粗糙表面的工程级接触热阻高精度有限元求解方法技术

一种基于真实粗糙表面的工程级接触热阻高精度有限元求解方法，考虑材料弹塑性、间隙介质导热以及界面之间的辐射作用对接触热阻的影响，主要包括：三维粗糙表面形貌的光学测量和噪声过滤处理；选取四个不同的采样长度进行表面形貌重构并建立三维实体模型接触对；根据理想接触理论确立初始接触点；施加力学载荷和约束，施加温度载荷和热约束，进行完全热力耦合计算，其中力学考虑弹塑性变形影响，热学考虑导热辐射耦合作用，获得接触应力和实际接触面积以及整个模型的温度场。提取出两个接触面的平均温度及通过接触面的热流密度，根据接触热阻的定义为温差与热流密度之比获得接触热阻并进行采样长度独立性考核，获得工程上能直接应用的接触热阻值。

A high precision finite element method for engineering contact thermal resistance based on real rough surface

【技术实现步骤摘要】
一种基于真实粗糙表面的工程级接触热阻高精度有限元求解方法
本专利技术属于三维热传导耦合辐射传热有限元数值模拟
，适用于超声速飞行器热防护结构的设计计算，特别涉及一种基于真实粗糙表面的工程级接触热阻高精度有限元求解方法。
技术介绍
超声速飞行器由于飞行速度快受到气动加热严重，在高温气体和飞行器表面之间形成巨大的温差，热量将会向内部传递，使飞行器舱内工作环境恶化，因此必须设计有恰当的热防护系统以保证飞行器的结构和内部设备能正常工作。飞行器热防护系统一般由多层材料/结构组成，热防护系统的关键在于热防护材料及结构传热特性的研究，而多层材料/结构的热防护形式导致不可避免的存在界面接触热阻。接触热阻是由几何、热、力多因素相互耦合作用对界面接触传热特性影响的结果，其广泛存在于两相互接触固体间的传热过程中，宏观上光滑平整的表面从微观上看都是由一系列连续的小凸峰和凹槽组成，两固体表面实际放置在一起时接触仅在一些离散的点或者面上发生，Madhusudana的研究表明当加载压力高达10MPa时，大部分的金属表面实际接触面积占名义接触面积的比例为1～2％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于真实粗糙表面的工程级接触热阻高精度有限元求解方法，其特征在于，包括：/n(1)运用三维轮廓显微镜测量工程材料表面形貌结构，表面形貌结构数据为三维矩阵，表示为(x

【技术特征摘要】
1.一种基于真实粗糙表面的工程级接触热阻高精度有限元求解方法，其特征在于，包括：
(1)运用三维轮廓显微镜测量工程材料表面形貌结构，表面形貌结构数据为三维矩阵，表示为(x0,y0,z0),其中x0和y0为表面形貌结构数据的横、纵坐标值，z0为相应的高度值，所获得的表面形貌结构数据为标准的csv格式；表面形貌结构数据包含平面度、波纹度和粗糙度，不进行各个尺度的分解；
(2)利用傅里叶频谱分析去除环境噪音，表面形貌结构数据记为(x,y,z),其中x和y为形貌结构数据的横、纵坐标值，z为相应的高度值；
(3)选取四个不同的采样长度Li对测试得到的表面形貌结构数据进行处理，得到多组表征表面形貌结构的数据(xi,yi,zi)，其中i＝1,4，不同的采样长度之间存在倍数关系，即不同的数据其横、纵坐标间隔存在倍数关系；
(4)根据表面形貌结构数据(xi,yi,zi)创建接触面，具体步骤如下：
1)首先创建接触面一：将(xi,yi,zi)作为表面形貌的特征点利用python语言创建三维整体coons曲面，每相邻四个特征点生成一个三维空间coons曲面；
2)生成任意的接触实体实际边界形状；
3)重复步骤1)和2)生成接触面二；
(5)确定接触面一和接触面二的初始接触状态；
(6)将接触面一和接触面二沿两个相反方向各自进行拉伸并将底面进行平面处理形成接触实体一和接触实体二；
(7)采用结构化六面体网格对接触实体一和接触实体二进行网格划分；
(8)定义单元类型，材料属性，定义接触面一和接触面二的接触属性；
(9)施加力学载荷和约束，同时施加温度载荷和热约束，进行完全热力耦合计算，其中力学考虑弹塑性变形影响，热学考虑导热辐射耦合作用，获得接触应力和实际接触面积以及整个模型的温度场，提取出两个接触面的平均温度及通过接触面的热流密度，根据接触热阻的定义为温差与热流密度之比获得接触热阻；
(10)进行Li4个采样长度独立性考核，获得工程上能够直接应用的接触热阻值。


2.根据权利要求1所述基于真实粗糙表面的工程级接触热阻高精度有限元求解方法，其特征在于，所述工程材料尺寸为数厘米级别。


3.根据权利要求1所述基于真...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴艳俊，王云刚，任兴杰，田文喜，陶文铨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61