CN101964006B - 用于利用权函数计算依赖温度的格林函数的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种用于利用合适的权函数计算依赖温度的格林函数的装置及方法。该装置包括输入材料温度变化信息的材料温度变化信息输入单元；及通过材料温度变化信息输入单元接收所述材料温度变化信息的依赖温度的格林函数计算单元，利用权函数计算依赖温度的格林函数，并输出计算结果。根据实施方案方面，通过设计考虑了根据温度变化而变化的材料物理特性的变化的权函数，能够提高热应力数值计算的准确性。

Description

用于利用权函数计算依赖温度的格林函数的装置及方法

技术领域

实施方案涉及计算在一定温度条件下产生的材料热应力数值，更具体地，涉及一种用于利用权函数计算依赖温度的格林函数的装置及方法，该装置及方法适于通过设计考虑了根据温度变化而变化的材料的物理特性的变化的权函数来提高热应力数值计算的准确性。

背景技术

通常，格林函数是一种用于为普通微分方程或卵形线或抛物线微分方程解决边界值问题的函数的特殊形式，以英国数学家G.Green的名字命名。

在公开号为2002-0041965，名为“检测电厂热应力的方法及装置”的韩国专利中公开了一种利用格林函数的技术应用。

以下的方程1表示利用格林函数的热应力数值的计算。

<方程1>

${\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{\&Gamma;}}(p,t)={\&Integral;}_{-t_d}G(p,t-\mathrm{\&tau;})\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;\mathrm{\&tau;}}\mathrm{\&phi;}\left(\mathrm{\&tau;}\right)\mathrm{d\&tau;}=G_s\left(p\right)\mathrm{\&phi;}\left(t\right)+\underset{t-t_d}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}G(p,t-\mathrm{\&tau;})\mathrm{\&Delta;\&phi;}\left(\mathrm{\&tau;}\right)$

其中G_s(p)表示衰减期过后预定点的格林函数，φ(τ)表示随时间变化的监测位置的实际温度测量值，G(p，t-τ)为衰减期期间的格林函数，Δφ(τ)表示在预定间隔衰减期期间的温度变化值。

相应地，既然G_s(p)以及G(p，t-τ)为预定值，那么热应力σ_Γ(p，t)由φ(τ)以及Δφ(τ)确定，φ(τ)以及Δφ(τ)为随时间变化的监测位置的实际温度测量值。

此外，通过边界温度的微分值乘以格林函数，然后求给定时间的结果的积分，获得在任意时间和位置的热应力数值。

同时，既然依赖于温度变化而变化的材料热的、机械的、以及物理特性(例如，热传导系数、热膨胀系数，导热系数、以及弹性系数)的变化，最终改变材料的热应力数值，那么必须考虑依赖于温度变化的材料物理特性的变化。尽管如此，现有的格林函数不能反映这样的变化，因此不能获得准确的热应力数值。

发明内容

因此，实施方案针对一种用于利用权函数计算依赖温度的格林函数的装置及方法，该实施方案显著地克服由于相关领域的限制以及不利条件导致的一个或多个问题。

因此，提供一种用于利用权函数计算依赖温度的格林函数的装置及方法，以通过设计考虑了根据温度变化而变化的材料物理特性的变化的权函数提高热应力数值计算的准确性，为实施方案的一个特征。

通过提供一种利用权函数的依赖温度的格林函数计算装置，可了解至少一种上述的以及其他特征和优点，该装置包括：输入材料温度变化信息的材料温度变化信息输入单元；以及通过材料温度变化信息输入单元接收材料温度变化信息，利用权函数计算依赖温度的格林函数，并输出计算结果的依赖温度的格林函数计算单元。

通过提供一种利用权函数的依赖温度的格林函数计算装置，可了解至少一种上述的以及其他特征和优点，该装置包括：接收材料温度变化信息并利用稳态热应力权函数计算关于依赖温度的格林函数的稳态热应力的稳态热应力计算单元；接收材料温度的变化信息并利用瞬态热应力权函数计算关于依赖温度的格林函数的瞬态热应力的瞬态热应力计算单元；以及接收稳态热应力计算单元计算的稳态热应力以及瞬态热应力计算单元计算的瞬态热应力的依赖温度的热应力计算单元，计算并输出依靠热应力的温度。

稳态热应力计算单元可计算稳态热应力权函数作为稳态下依赖温度的热应力数值与独立于温度的热应力数值的比值。

稳态热应力计算单元可建立并计算稳态热应力权函数作为依赖温度的多项式函数。

瞬态热应力计算单元可计算瞬态热应力权函数作为瞬态下依赖温度的热应力数值与独立于温度的热应力数值的比值。

瞬态热应力计算单元可建立并计算瞬态热应力权函数作为关于温度变化的小时率的权函数数值。

该依赖温度的热应力计算单元可利用如下方程输出依赖温度的热应力。

${\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{\&Gamma;}}(p,t)=G_s\left(p\right)W_{\mathrm{Ts}}\left(\mathrm{\&phi;}\right)[\mathrm{\&phi;}\left(t\right)-T_{\mathrm{ref}}]+\underset{t-t_d}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&OverBar;}{G}(p,t-\mathrm{\&tau;})W_T\left(\mathrm{\&phi;}\right)\mathrm{\&Delta;\&phi;}\left(\mathrm{\&tau;}\right)$

其中σ_Γ(p，t)为依赖温度的热应力，且

G_s(p)W_Ts(φ)[φ(t)-T_ref]为稳态热应力，且

为瞬态热应力。

通过提供一种用于利用权函数计算依赖温度的格林函数的方法可了解至少一种上述的以及其他特征与优点，该方法包括：接收材料温度变化信息；变化信息的接收后，利用权函数计算依赖温度的格林函数并输出计算结果。

通过提供一种用于利用权函数计算依赖温度的格林函数的方法可了解至少一种上述的以及其他特征与优点，该方法包括：接收材料温度变化信息后，利用稳态热应力权函数计算关于依赖温度的格林函数的稳态热应力；接收材料温度变化信息后，利用瞬态热应力权函数计算关于依赖温度的格林函数的瞬态热应力；以及接收稳态热应力以及瞬态热应力后，计算并输出依赖温度的热应力。

稳态热应力的计算可包括计算稳态热应力权函数作为稳态下依赖温度的热应力数值与独立于温度的热应力数值的比值。

稳态热应力的计算可包括建立并计算稳态热应力权函数作为依赖温度的多项式函数。

瞬态热应力的计算可包括计算瞬态热应力权函数作为瞬态下依赖温度的热应力数值与独立于温度的热应力数值的比值。

瞬态热应力的计算可包括建立并计算瞬态热应力权函数作为关于温度变化的小时率的权函数数值。

依赖温度的热应力的计算以及输出可包括利用如下方程输出依赖温度的热应力。

${\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{\&Gamma;}}(p,t)=G_s\left(p\right)W_{\mathrm{Ts}}\left(\mathrm{\&phi;}\right)[\mathrm{\&phi;}\left(t\right)-T_{\mathrm{ref}}]+\underset{t-t_d}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&OverBar;}{G}(p,t-\mathrm{\&tau;})W_T\left(\mathrm{\&phi;}\right)\mathrm{\&Delta;\&phi;}\left(\mathrm{\&tau;}\right)$

其中σ_Γ(p，t)为依赖温度的热应力，且

G_s(p)W_Ts(φ)[φ(t)-T_ref]为稳态热应力，且

为瞬态热应力。

附图说明

通过参照附图详细描述示范的实施方案，上述的以及其他特征和优点对于本领域普通技术人员将更加显而易见，其中：

图1为说明依照本发明的一种实施方案的用于利用合适的权函数计算依赖温度的格林函数的装置的方框图；

图2为说明依照本发明的一种实施方案的用于利用合适的权函数计算依赖温度的格林函数的流程图；

图3为说明依照本发明的一种实施方案的利用权函数的依赖温度的格林函数的示意图；

图4为说明依照本发明的一种实施方案的利用最优曲线表示的稳态热应力权函数图；

图5为说明依照本发明的一种实施方案的关于每小时温度率的热应力权函数曲线图。

具体实施方式

韩国知识产权局2008年5月26日公开的名为“利用权函数计算依赖温度的格林函数的装置及方法”、公开号为10-2008-0048662的韩国专利，通过引用的方式将其全文并入于此。

将参照附图更详细地描述关于一种用于利用权函数计算依赖温度的格林函数的装置及方法的实施方案。以下，将排除关于众所周知的函数或形态的细节描述，以免不必要地混淆本发明的主题。另外，针对依照本发明的实施方案的函数定义以下术语，且可根据用户或操作者的意图或先例变化。相应地，需要根据全部说明书的内容说明每个术语的意义。

首先，本发明的实施方案通过设计考虑了根据温度变化的材料物理特性的变化的权函数，提高热应力数值的计算的准确性。

图1为说明依照本发明的一种实施方案的用于利用合适的权函数计算依赖温度的格林函数的装置的方框图。图2为说明依照本发明的一种实施方案的用于利用合适的权函数计算依赖温度的格林函数的流程图。

首先，在操作ST10中，材料温度变化信息输入单元100输入材料温度变化信息至依赖温度的格林函数计算单元200。

然后，在操作ST20中，该依赖温度的格林函数计算单元200接收来自材料温度变化信息输入单元100的材料温度变化信息，并利用权函数计算依赖温度的格林函数，输出结果。

接着，依赖温度的格林函数计算单元200内的稳态热应力计算单元210接收材料温度变化信息，并利用稳态热应力权函数212计算关于格林函数的稳态热应力，然后传送计算的稳态热应力至依赖温度的格林函数计算单元230。此时，稳态热应力计算单元210计算稳态热应力权函数212作为稳态下依赖温度的热应力数值与独立于温度的热应力数值的比值。另外，在操作ST21中，稳态热应力计算单元210建立稳态热应力权函数212作为依赖温度的多项式函数，并执行计算。

瞬态热应力计算单元220接收材料温度变化信息，并利用瞬态热应力权函数222计算关于依赖温度的格林函数的瞬态热应力，传送瞬态热应力至依赖温度的热应力计算单元230。此时，瞬态热应力计算单元220计算瞬态热应力权函数222作为瞬态下依赖温度的瞬态热应力数值与独立于温度的瞬态热应力数值的比值。更进一步地，在操作ST22中，瞬态热应力计算单元220可建立瞬态热应力权函数222作为关于每小时温度率的权函数数值，并执行计算。

在操作ST23中，依赖温度的热应力计算单元230接收稳态热应力计算单元210计算的稳态热应力以及瞬态热应力计算单元220计算的瞬态热应力，并计算依赖温度的热应力，然后输出结果。

图3为说明依照本发明的一种实施方案的利用权函数的依赖温度的格林函数的示意图。

因此，来自依赖温度的热应力计算单元230的、利用权函数的依赖温度的格林函数是如下方程2，该方程输出依靠热应力的温度。

<方程2>

${\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{\&Gamma;}}(p,t)=G_s\left(p\right)W_{\mathrm{Ts}}\left(\mathrm{\&phi;}\right)[\mathrm{\&phi;}\left(t\right)-T_{\mathrm{ref}}]+\underset{t-t_d}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&OverBar;}{G}(p,t-\mathrm{\&tau;})W_T\left(\mathrm{\&phi;}\right)\mathrm{\&Delta;\&phi;}\left(\mathrm{\&tau;}\right)$

其中σ_Γ(p，t)为依赖温度的热应力，且

G_s(p)W_Ts(φ)[φ(t)-T_ref]为稳态热应力，且

为瞬态热应力。

参照图3，参考数字210表示稳态热应力。参考数字211以及212分别为依赖温度的格林函数以及稳态热应力权函数。参考数字220以及221分别表示瞬态热应力以及依赖温度的格林函数。参考数字222以及230分别表示瞬态热应力权函数以及依赖温度的热应力。

另外，考虑到依赖温度的材料物理特性数值，用温度以及格林函数的乘积表示稳态热应力210以及瞬态热应力220。

此外，考虑到依赖材料物理特性的变化的热应力数值的变化，用现有的格林函数以及权函数的乘积表示依赖温度的格林函数211以及221。

更进一步地，稳态热应力权函数212表示正常条件下依赖温度的热应力数值与独立于温度的热应力数值的比值，作为温度函数。因此，稳态热应力权函数乘以现有的格林函数时，得到依赖温度的格林函数。稳态热应力权函数根据形式、材料、边界温度、以及计算了热应力数值的物质的约束条件而变化，且表示为以温度为参量的多项式函数的最优曲线。

图4为说明依照本发明的一种实施方案的最优曲线表示的稳态热应力权函数图。

此外，用下面的方程3表示稳态热应力权函数，以获得多项式稳态热应力权函数的最优曲线。

<方程3>

W_TS＝A₀+A₁T+A₂T²+A₃T³+A₄T⁴

A₀＝1.00133

A₁＝-4.1513E-4

A₂＝6.6254E-4

A₃＝-1.5775E-8

A₄＝9.6885E-12

此外，瞬态热应力权函数222表示瞬态下依赖温度的热应力数值与独立于温度的热应力数值的比值，作为温度率函数。因此，瞬态热应力权函数乘以现有的格林函数相乘，得到依赖温度的格林函数。类似于稳态热应力权函数，瞬态热应力权函数根据形式、材料、边界温度、以及计算了热应力数值的物质的约束条件而变化。既然瞬态热应力数值根据小时温度变化率变化，那么可获得热应力权函数数值，以改变小时温度的变化率。通过此步骤，能够在要求间隔确定瞬态热应力权函数。

图5为说明依照本发明的一种实施方案的关于温度率(华氏每秒)的热应力权函数曲线图。

此外，考虑到依赖温度的材料的物理特性的变化，依赖温度的热应力230表示材料的热应力，且为本发明的实施方案试图取得的最终结果。

如上所述，根据实施方案方面，通过设计考虑了根据温度变化而变化的材料的物理特性的变化的权函数，能够提高热应力数值的计算的准确性。

相应地，在材料的热应力数值的计算中能够考虑依赖温度变化的材料热的以及机械特性的变化。因此，相比不能考虑上述变化的典型的依赖温度的格林函数，能够获得更准确的热应力数值。

在此已提供了示范典型的实施方案，尽管使用了具体的术语，但其仅以通用的以及描述性的意义使用并阐释，并非限制的目的。相应地，本领域普通技术人员将理解在不脱离以下权利要求所阐明的本发明的精神和范围的情况下可做出各种形式以及细节的变化。

Claims (10)

1.一种用于利用权函数计算依赖温度的格林函数的装置，该装置包括：

接收材料温度变化信息并利用稳态热应力权函数计算关于依赖温度的格林函数的稳态热应力的稳态热应力计算单元；

接收材料温度变化信息并利用瞬态热应力权函数计算关于依赖温度的格林函数的瞬态热应力的瞬态热应力计算单元；及

接收所述稳态热应力计算单元计算的稳态热应力以及所述瞬态热应力计算单元计算的瞬态热应力，计算并输出依赖温度的热应力的依赖温度的热应力计算单元，

其中所述依赖温度的热应力计算单元利用以下方程输出依赖温度的热应力

${\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{\&Gamma;}}(p,t)=G_s\left(p\right)W_{\mathrm{Ts}}\left(\mathrm{\&phi;}\right)[\mathrm{\&phi;}\left(t\right)-T_{\mathrm{ref}}]+\underset{t-t_d}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&OverBar;}{G}(p,t-\mathrm{\&tau;})W_T\left(\mathrm{\&phi;}\right)\mathrm{\&Delta;\&phi;}\left(\mathrm{\&tau;}\right)$

其中σ_Γ(p,t)为依赖温度的热应力，G_s(p)W_Ts(φ)[φ(t)-T_ref]为稳态热应力，为瞬态热应力；

其中，G_s(p)表示衰减期过后预定点p的格林函数，φ(t)表示随时间t变化的监测位置的实际温度测量值，G(p，t-τ)为衰减期期间的格林函数，Δφ(τ)表示在预定间隔衰减期期间的温度变化值，W_Ts(φ)为稳态热应力权函数，W_T(φ)为瞬态热应力权函数，T_ref为稳态下的预定参考温度；

其中，φ表示实际温度测量值，t表示时间点，τ表示衰减期后的另一个时间点，t_d表示时间延迟，表示从时间点t到时间点τ的衰减期期间的格林函数G(p，t-τ)的平均值。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述稳态热应力计算单元计算所述稳态热应力权函数作为稳态下依赖温度的热应力数值与独立于温度的热应力数值的比值。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述稳态热应力计算单元建立并计算稳态热应力权函数作为依赖温度的多项式函数。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述瞬态热应力计算单元计算瞬态热应力权函数作为瞬态下依赖温度的热应力数值与独立于温度的热应力数值的比值。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述瞬态热应力计算单元建立并计算所述瞬态热应力权函数作为关于温度变化的小时率的权函数值。

6.一种用于利用权函数计算依赖温度的格林函数的方法，该方法包括：

接收材料温度变化信息后，利用稳态热应力权函数计算关于依赖温度的格林函数的稳态热应力；

接收材料温度变化信息后，利用瞬态热应力权函数计算关于依赖温度的格林函数的瞬态热应力；

接收所述稳态热应力以及所述瞬态热应力后，计算并输出依赖温度的热应力，

其中所述计算并输出所述依赖温度的热应力包括利用以下方程输出依赖温度的热应力

${\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{\&Gamma;}}(p,t)=G_s\left(p\right)W_{\mathrm{Ts}}\left(\mathrm{\&phi;}\right)[\mathrm{\&phi;}\left(t\right)-T_{\mathrm{ref}}]+\underset{t-t_d}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&OverBar;}{G}(p,t-\mathrm{\&tau;})W_T\left(\mathrm{\&phi;}\right)\mathrm{\&Delta;\&phi;}\left(\mathrm{\&tau;}\right)$

其中σ_Γ(p,t)为依赖温度的热应力，G_s(p)W_Ts(φ)[φ(t)-T_ref]为稳态热应力，为瞬态热应力；

其中，G_s(p)表示衰减期过后预定点p的格林函数，φ(t)表示随时间t变化的监测位置的实际温度测量值，G(p，t-τ)为衰减期期间的格林函数，Δφ(τ)表示在预定间隔衰减期期间的温度变化值，W_Ts(φ)为稳态热应力权函数，W_T(φ)为瞬态热应力权函数，T_ref为稳态下的预定参考温度；

其中，φ表示实际温度测量值，t表示时间点，τ表示衰减期后的另一个时间点，t_d表示时间延迟，表示从时间点t到时间点τ的衰减期期间的格林函数G(p，t-τ)的平均值。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述稳态热应力的计算包括计算所述稳态热应力权函数作为稳态下依赖温度的热应力与独立于温度的热应力的比值。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述稳态热应力的计算包括建立并计算所述稳态热应力权函数作为依赖温度的多项式函数。

9.如权利要求6所述的方法，其中所述瞬态热应力的计算包括计算所述瞬态热应力权函数作为瞬态下依赖温度的热应力与独立于温度的热应力的比值。

10.如权利要求6所述的方法，其中所述瞬态热应力的计算包括建立并计算所述瞬态热应力权函数作为关于温度变化的小时率的权函数数值。