基于模态降阶技术的金属薄板在热噪载荷作用下的非线性响应分析

发布时间：2017-10-18 21:04

  本文关键词：基于模态降阶技术的金属薄板在热噪载荷作用下的非线性响应分析

  更多相关文章： 几何非线性 模态降阶技术 非线性恢复力 热噪载荷

【摘要】：为了减轻结构的重量,降低飞行成本,高速飞行器采用了大量的薄壁结构,其在服役过程中要经受诸如机械载荷、噪声载荷以及温度载荷等复杂的载荷。薄壁结构在高温强噪声环境下会产生复杂的应力应变状态,从而发生由几何大变形引起的非线性响应。结构在发生非线性响应时疲劳寿命会大幅降低。在对结构进行疲劳设计时,需要首先获取结构的非线性响应。针对结构非线性响应的传统计算方法存在的局限性以及高计算成本等问题,本文研究了模态降阶技术在计算结构非线性响应时的可行性。首先,本文系统地介绍了模态降阶法的理论推导过程,针对商用有限元软件无法直接获取动力学控制方程中的非线性模态恢复力向量从而阻碍动力学方程求解的问题,提出了通过求解非线性模态刚度系数间接来构建降阶模型的方法,并详细地推导了非线性模态刚度系数的确定方法,从而形成了系统的模态降阶技术的流程图。其次,对模态降阶技术实现的具体过程进行了详细地介绍,这包括实现流程中需要的工具以及实现过程中需要注意的问题。再次,本文针对特定的四边简支薄板结构按照理论推导过程,计算得到了非线性模态刚度系数,进而构建了模态降阶模型。为了验证非线性模态刚度系数的正确性以及模态降阶技术在求解非线性响应时的有效性,依次对模型施加了节点集中力载荷、均布压力载荷和正弦集中载荷,将相应的计算结果与用NASTRAN的计算结果进行对比,从而验证了模态降阶技术在计算非线性响应时的有效性。最后,计算了薄板在热噪载荷作用下的位移响应,并讨论了其随温度和声压级的变化规律。
【关键词】：几何非线性 模态降阶技术 非线性恢复力 热噪载荷
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V214
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题的来源及研究的背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及分析9-12
• 1.2.1 非线性动力响应的计算方法9-10
• 1.2.2 模态降阶技术的发展历程10-12
• 1.3 主要研究内容12-14
• 第2章 模态降阶技术基本原理14-24
• 2.1 引言14
• 2.2 模态降阶技术的数学推导14-16
• 2.3 非线性模态刚度系数间接求解方法16-22
• 2.4 模态降阶技术模型的建立22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 模态降阶技术的程序实现流程24-32
• 3.1 引言24
• 3.2 程序语言及实现平台24-25
• 3.3 模态降阶技术实现的程序实现流程25-31
• 3.3.1 模态分析模块25-26
• 3.3.2 生成给定静态位移场模块26-27
• 3.3.3 反向静态问题求解模块27-29
• 3.3.4 非线性模态刚度系数求解模块29-30
• 3.3.5 模态运动方程求解及位移转换模块30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 确定载荷作用下模态降阶技术正确性验证32-45
• 4.1 引言32
• 4.2 非线性模态刚度系数的计算及讨论32-36
• 4.2.1 有限元模型32-33
• 4.2.2 非线性模态刚度系数计算33-36
• 4.3 静载荷作用下模态降阶技术验证36-43
• 4.3.1 静态分析中模态降阶技术的理论推导36-37
• 4.3.2 静载作用下模态降阶技术验证37-41
• 4.3.3 正弦载荷作用下结构响应的计算41-43
• 4.4 本章小结43-45
• 第5章 热噪声载荷下薄板非线性随机响应计算45-54
• 5.1 引言45
• 5.2 薄板的大挠度运动控制方程45-46
• 5.3 薄板结构在热噪声载荷作用下的响应计算46-53
• 5.3.1 热屈曲计算46-47
• 5.3.2 随机声载荷的产生47-48
• 5.3.3 薄板随机响应计算48-53
• 5.4 本章小结53-54
• 结论54-56
• 参考文献56-59
• 附录 159-61
• 致谢61

，

本文编号：1057125