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集成单元边界元法及其在主动冷却热防护系统分析中的应用

发布时间:2018-05-10 18:45

  本文选题:集成单元 + 边界元法 ; 参考:《力学学报》2016年04期


【摘要】:随着高超声速飞行器的快速发展,飞行器及发动机所面临的热防护压力越来越大.传统的被动热防护系统已很难满足设计要求,因此主动冷却热防护系统受到了越来越多的关注.主动冷却热防护系统因为管道密布、结构复杂,传统的分析方法需要花费大量的精力和时间来建模和计算分析.针对管道阵列排布的主动冷却系统,提出了一种用边界元法求解空间周期性结构的集成单元法,并将其用来分析具有冷却通道的热防护系统的传热与受力变形问题.此方法求解空间周期性结构问题,仅需要针对一个胞元建立边界元胞元方程,并由其形成由指定胞元数组成的集成单元,然后由集成单元组集成总体系统方程组.提出的集成单元法既有常规子结构法的消元思想,又有传统有限单元、边界单元易于组集的特征,便于大型空间周期性结构的快速分析.由于集成单元的系数矩阵只需形成一次,且最终方程只含边界节点未知量,计算效率显著提高.论文最后用功能梯度平板和主动冷却燃烧室算例验证了本文所述算法的正确性和计算效率.
[Abstract]:With the rapid development of hypersonic vehicle, the thermal protection pressure of aircraft and engine is increasing. Traditional passive thermal protection system has been difficult to meet the design requirements, so active cooling thermal protection system has received more and more attention. Active cooling thermal protection system needs a lot of effort and time to model and analyze because of the complex structure of pipeline and the traditional analysis method. For the active cooling system with pipeline array, an integrated element method is proposed to solve the problem of heat transfer and deformation of thermal protection system with cooling channel by using the boundary element method (BEM) to solve the problem of space periodic structure. In order to solve the spatial periodic structure problem, the boundary cell equation should be established for only one cell, and an integrated unit consisting of a specified number of cells should be formed, and then the system equations of the whole system should be integrated by the integrated unit group. The integrated element method not only has the element elimination idea of the conventional substructure method, but also has the traditional finite element method. The boundary element is easy to set up and can be used for fast analysis of large spatial periodic structures. Because the coefficient matrix of the integrated unit only needs to be formed once, and the final equation only contains the unknown quantity of the boundary node, the computational efficiency is improved significantly. Finally, the correctness and efficiency of the proposed algorithm are verified by using functional gradient plate and active cooling combustor.
【作者单位】: 大连理工大学航空航天学院工业装备结构分析国家重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(11172055)
【分类号】:V244.1

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本文编号:1870439

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