湍流边界层作用下复合材料层合板随机振动分析

发布时间：2020-05-05 16:47

【摘要】：运载火箭、导弹、飞机等航天航空飞行器在运行过程中,会受到湍流边界层随机荷载作用。在湍流边界层作用下,这些飞行器结构产生的振动和声辐射不但会引起结构的局部疲劳破坏,也会对飞行器内部的乘客或设备产生干扰,从而在很大程度上降低整个系统的安全性、舒适性和可靠性。由于复合材料具有比强度高、比刚度大、耐高温、耐腐蚀以及可设计性强等一系列优点,目前已广泛应用于航天航空飞行器中。因此,开展湍流边界层作用下复合材料结构随机振动问题研究具有重要的理论意义和应用价值。本文主要研究了复合材料层合板在湍流边界层作用下的随机振动问题。首先以四边简支复合材料层合板为研究对象,对比了三类层合板理论解析解的优劣和适用性;然后依据基于一阶剪切变形理论与Reddy型高阶剪切变形理论构造的层合板单元,求解了层合板静、动力学问题,并应用虚拟激励法进行了平稳随机振动响应分析;最后,通过将湍流边界层的互功率谱密度函数进行Fourier级数展开,从而将随机场激励作用下结构随机响应问题转化为对确定性简谐压力场下作用下的响应求解。具体工作为:1)三种复合材料层合板理论比较。目前复合材料层合板理论主要分为三类:第一类是等效单层理论,包括经典层合板理论、一阶剪切变形理论和高阶剪切变形理论;第二类是三维弹性理论,包括Layerwise理论和传统三维弹性理论;第三类是整体-局部理论,典型的有整体-局部1,2-3高阶理论。每种理论在计算不同物理量,如挠度、自振频率等问题上精度和计算效率都有所不同。通过数值算例,一阶剪切变形和Reddy型高阶剪切变形理论计算效率较高,因而将这两种理论作为后续研究的层合板理论。2)层合板有限元静、动力学分析。利用基于一阶剪切变形理论和Reddy型高阶剪切变形理论构造的四边形层合板单元,计算了静力、自振频率、稳态响应等结果,并应用虚拟激励法进行了复合材料层合板平稳随机振动响应分析。3)湍流边界层作用下的随机动力学分析。本文运用傅里叶级数将湍流边界层的互功率谱密度函数进行展开,由此将随机场激励问题转化为对确定性时间和空间简谐压力场作用下的结构确定性响应求解问题,再运用振型分解法得到了位移功率谱密度函数等结果。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V214;V414

【参考文献】