● 摘要
随着热电制冷技术越来越广泛的应用，含TEC（Thermoelectric Cooler）结构的力学分析也将会越来越受到人们重视。论文从TEC结构的制冷特点和传热特性出发，研究了含TEC结构在TEC工作情况下的热力学特性。对TEC结构以及含TEC的结构进行了温度场分析、热应力分析以及热诱发振动分析。温度场分析部分首先根据TEC的制冷特点将热源中的电场和热场影响解耦，从TEC的三维瞬态热传导微分方程出发，建立了TEC稳态温度场以及瞬态温度场的非线性有限元模型，并在此基础上编写程序求解了TEC的非线性微分方程，分析了TEC的稳态温度场和瞬态温度场。其次根据TEC的传热特性对ANSYS中TEC的结构以及温度场分析所需材料参数进行了简化。将ANSYS解、数值解以及解析解进行对比，结果表明论文提出的计算方法与TEC在ANSYS中的简化分析模型均能较为正确地分析TEC结构的温度场。最后分析了冷端负荷以及电偶臂厚度对电偶臂温度场分布的影响以及环境温度、TEC热端散热系数与电流强度等参数对TEC制冷效果的影响。热应力分析部分首先对TEC结构的弹性模量进行了等效。数值试验结果与等效计算结果的比较显示等效模型可以用于相关结构的力学分析。然后在等效参数的基础上对含TEC结构的复合材料板进行了温度场以及热应力分析，研究了结构在给定热环境下的温度、位移以及应力分布状态，为含TEC的结构的设计提供参考。热诱发振动分析部分就TEC对含TEC的薄板热诱发振动的影响问题进行了初步研究。分别分析了TEC分布在薄板结构的根部、中心线处以及自由端处时，TEC结构对薄板结构的热诱发振动的影响。