[發(fā)明專利]非嵌入式多層復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)穩(wěn)態(tài)測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910598568.0
• 申請日: 2019-07-04
• 公開（公告）號: CN110261432B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 屈治國;郭君
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發(fā)明公開了一種非嵌入式多層復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)穩(wěn)態(tài)測量方法，方法包括以下步驟：多層復(fù)合材料包括g層復(fù)合材料層，待辨識材料層m夾持在其中，將待辨識材料層m的導(dǎo)熱系數(shù)按照溫度分成n段，每段導(dǎo)熱系數(shù)為溫度的一次函數(shù)，對多層復(fù)合材料做2n組材料隔熱性能測試試驗，材料隔熱性能測試試驗的邊界條件包括多層復(fù)合材料正面的定溫邊界和多層復(fù)合材料背面的定熱流邊界，當(dāng)多層復(fù)合材料熱穩(wěn)定后，測量并記錄多層復(fù)合材料背面的溫度值，基于多層復(fù)合材料生成一維模型，并以待辨識材料層為界將其分離為兩個一維模型，兩個一維模型分別基于其邊界條件生成其溫度場，基于溫度場生成待辨識材料層的每段導(dǎo)熱系數(shù)，以獲得待辨識材料層導(dǎo)熱系數(shù)的測量值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳熱學(xué)領(lǐng)域，特別是一種非嵌入式多層復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)穩(wěn)態(tài)測量方法。

背景技術(shù)

在航空航天領(lǐng)域中，由于應(yīng)用環(huán)境的極端性和復(fù)雜性，高超聲速飛行器外壁多采用高耐熱性多層復(fù)合材料。多層復(fù)合材料是由若干不同性質(zhì)的材料疊加壓制而成，具有優(yōu)良的機(jī)械和隔熱屬性。準(zhǔn)確獲得每層材料的熱物性是使用多層復(fù)合材料的必要前提。為準(zhǔn)確獲得不同使用環(huán)境下典型多層復(fù)合材料的隔熱性能，支撐材料應(yīng)用評估，需開展典型隔熱材料性能測試試驗。現(xiàn)存測量技術(shù)對多層復(fù)合材料的某層材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測量時，需將多層復(fù)合材料拆解開或?qū)⑻綔y器插入材料內(nèi)部，因而會造成多層復(fù)合材料的損壞?；蛘撸渲心硨硬牧蠁为?dú)取出后測量導(dǎo)熱系數(shù)時會因為輻射散熱過大而造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，一種針對多層復(fù)合材料中某一分層的導(dǎo)熱系數(shù)的非嵌入式無損快速測量技術(shù)在實際工程和實驗中有重要應(yīng)用價值。

在背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅僅用于增強(qiáng)對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成在本國中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述問題，給出了非嵌入式多層復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)穩(wěn)態(tài)測量方法以便對多層復(fù)合材料中某一分層的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行無損測量。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)，一種非嵌入式多層復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)穩(wěn)態(tài)測量方法包括以下步驟：

第一步驟中，多層復(fù)合材料包括g層復(fù)合材料層，其中，待辨識材料層m夾持在其中，將待辨識材料層m的導(dǎo)熱系數(shù)按照溫度分成n段導(dǎo)熱系數(shù)，每段導(dǎo)熱系數(shù)為溫度的一次函數(shù)，對多層復(fù)合材料做2n組材料隔熱性能測試試驗，材料隔熱性能測試試驗的邊界條件包括多層復(fù)合材料正面的定溫邊界和多層復(fù)合材料背面的定熱流邊界，當(dāng)多層復(fù)合材料熱穩(wěn)定后，測量并記錄多層復(fù)合材料背面的溫度值，

第二步驟中，基于所述多層復(fù)合材料生成一維模型，并以待辨識材料層為界將其分離為兩個一維模型，基于所述邊界條件分別生成兩個一維模型的邊界條件，兩個一維模型分別基于其邊界條件生成其溫度場，

第三步驟中，基于所述溫度場生成待辨識材料層的每段導(dǎo)熱系數(shù)，以獲得待辨識材料層導(dǎo)熱系數(shù)的測量值。

所述的方法中，材料隔熱性能測試試驗中，多層復(fù)合材料的正面和背面施加熱沖擊，其余表面絕熱，材料隔熱性能測試試驗的熱沖擊為：多層復(fù)合材料正面設(shè)定定溫邊界，多層復(fù)合材料背面設(shè)定定熱流邊界，溫度傳感器布置于多層復(fù)合材料的背面，當(dāng)多層復(fù)合材料達(dá)到熱穩(wěn)定后，測量并記錄多層復(fù)合材料背面的溫度值。

所述的方法中，第一步驟，每段導(dǎo)熱系數(shù)表示為：其中，為第j溫度段待辨識材料的導(dǎo)熱系數(shù)值，j＝1～n，T為溫度，a^j和b^j表示第j溫度段待辨識材料導(dǎo)熱系數(shù)的兩個系數(shù)。

所述的方法中，第二步驟中，兩個一維模型為AC段一維模型和DB段一維模型，AC段一維模型和DB段一維模型的溫度分布均滿足：

AC段一維模型邊界條件為：

DB段一維模型邊界條件為：

得到待辨識材料C點和D點的溫度值和