РефератыНаука и техникаЭфЭффективные характеристики случайно неоднородных сред

Эффективные характеристики случайно неоднородных сред

Введение


Решающую роль в восприятии окружающего мира играют характеристики, сохраняющиеся (в замкнутых системах). Среди них имеются такие универсальные, как масса, количество движения, момент количества движения, энергия и энтропия.


В учении о теплообмене рассматриваются процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Эти процессы по своей физико-механической природе весьма многообразны, отличаются большой сложностью и обычноразвиваются в виде целого комплекса разнородных явлений.


Перенос теплоты может осуществляться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением, или радиацией. Эти формы глубоко различны по своей природе и характеризуются различными законами.


Процесс переноса теплоты теплопроводностью происходит между непосредственно соприкасающимися телами или частицами тел с различной температурой. Учение о теплопроводности однородных и изотропных тел опирается на весьма прочный теоретический фундамент. Оно основано на простых количественных законах и располагает хорошо разработанным математическим аппаратом. Теплопроводность представляет собой, согласно взглядам современной физики, молекулярный процесс передачи теплоты.


При определении переноса теплоты теплопроводностью в реальных телах встречаются известные трудности, которые на практике до сих пор удовлетворительно не решены. Эти трудности состоят в том, что тепловые процессы развиваются в неоднородной среде, свойства которой зависят от температуры и изменяются по объему; кроме того,трудности возникают с увеличением сложности конфигурации системы.


Уравнение теплопроводности имеет вид:


(1)


выражает тот факт, что изменения теплосодержания определенной массы вещества, заключенного в единице объема, определяется различием между притоком и вытеканием энергии - дивергенцией плотности теплового потока , при условии что внутренних источников энергии нет. Тепловой поток пропорционален градиенту температуры и направлен в сторону ее падения; - коэффициент теплопроводности.


При разработке методов иследования композиционных материалов весьма трудно и, по-видимому, не имеет смысла (в тех случаях, когда это можно практически реализовать) полностью учитывать структуру копмозита. В связи с этим возникла необходимость связать механику композитных материалов с механизмами элементов конструкций, развивающимися обычно в рамках континуальных процессах. Эта задача решается в процессе создания теории определения приведенных свойств композитных материалов различных структур (слоистые, волокнистые и др.), при описании их поведения в рамках континуальных представлений. Таким образом совершается переход от кусочно-однородной среды к однофазной.


Рассмотрим двухфазный композитный материал, представляющий собой матрицу, в которой случайным образом распределены включения второй фазы (армирующий элемент), имеющий приблизительно равноосную форму. Количество включений достаточно велико на участке изменения температуры. Пусть некая характеристика матрицы - , а включений - . Тогда можно представить композит, как новый материал, с характеристиками промежуточными между характеристиками матрицы и включений, зависящей от объемной доли этих фаз.


, (2)


Где


Подстановка (2) в (1) дает:


(3)


Имеем

операторы:


(4а)


(4б)


После преобразования Фурье получаем




Уравнение для функции Грина и


где (5)


- ур. Дайсона. (6)



Функция Грина описывает однородный материал со средними характеристиками определяемые по правилу смесей (2), а оператор можно назвать оператором возмущения, поскольку он определяет форму и расположение неоднородностей.


Решим уравнение итерациями



Вычислим сначала



Здесь




(7)


Теперь определим




Теперь необходимо вычислить





Таким образом


(8)


Подставляем в (6) равенство (8)



, где и (9)


Подставляем (5) в (9)






где и


(10)


(11)


где , (12)







(13)


1. Ограничимся первым приближением


`



(14)




Рассмотрим:






(15)


2. Ограничимся вторым приближением


(16)



(17)


Из (12) найдем:


(18)


Подставляя (18) с учетом (16) в (10), получим:


(19)


Теперь подставляем (19) с учетом (16) в (13), получим:




Коэффициентами при , из-за малости произведения пренебрегаем


А коэффициенты без обращаются в из-за (14)


подставляя (17), найдем



(20)


Подставляя (18) в (11)с учетом (16), получим:


(21)


Теперь подставляем (21) с учетом (16) в (13), получим:




Коэффициентами при , из-за малости произведения пренебрегаем


А коэффициенты без обращаются в из-за (15)




(22)


3. Ограничимся третьим приближением


(23)


Подставляя (18) с учетом (23) в (10), получим:


(24)


Теперь подставляем (24) с учетом (23) в (13), получим





Коэффициентами при ,, из-за малости произведения пренебрегаем


А коэффициенты без обращаются в из-за (14), а с- из-за (18)




(25)


Подставляя (18) в (11)с учетом (23), получим:


(26)


Теперь подставляем (26) с учетом (23) в (13), получим:




Коэффициентами при ,, из-за малости произведения пренебрегаем


А коэффициенты без обращаются в из-за (15), а с- из-за (22)




(27)


Анализ и показывает, что и дейсвительные коэффициенты, а - мнимые.


Список литературы:


1. Т. Д. Шермергор “Теория упругости микронеоднородных сред” М., “Наука”, 1977.


2. Г.А. Шаталов “Эффективные характеристики изотропных композитов как задача многих тел”


МКМ, №1, 1985.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Эффективные характеристики случайно неоднородных сред

Слов:770
Символов:6858
Размер:13.39 Кб.