高速气流中复合材料圆柱壳的非线性热气动弹性研究
发布时间：2020-12-21 19:39
圆柱壳是航空航天飞行器较常见的结构,如飞机机身、导弹弹体等结构,随着现代飞行器对结构的轻量化和飞行速度的要求不断提高,其设计面临着在结构的轻量化设计时,除满足强度要求外,还必须满足因高速飞行导致结构存在气动力与气动热作用下的刚度要求,即需要考虑气动力、气动热、弹性力和惯性力耦合产生的非线性热气动弹性问题。纤维增强复合材料已成为现代高速、轻量化飞行器结构设计的一种先进材料。复合材料的铺设角度与铺层方式等都会对总体刚度产生影响,且在高温下材料的力学性能会发生变化,应用此类材料的薄壳结构在气动力与气动热综合作用下的热气动弹性问题更加复杂。己有的理论和方法已不能很好的解决这些问题,需要发展新的理论和方法。本论文工作以纤维增强复合材料构成的圆柱壳结构为对象,主要针对在气动力、气动热的综合作用下,圆柱壳的不同纤维铺层和铺角对其热气动弹性的影响,即纤维增强复合材料圆柱壳热气动弹性的刚度设计基础问题,开展了相应研究,其研究对发展相应基础理论和方法具有一定的科学与现实应用的意义。本论文研究的纤维增强复合材料圆柱壳热气动弹性的刚度及稳定性设计基础问题,主要包括热弹性静力学稳定性即热屈曲问题,热弹性动力学即...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１超声速圆柱壳颤振实验，Ｏｌｓｏｎｌ６１，１９６６??
?？强耦合???＋弱耦合??图１．３热气动弹性不同因素间的耦合关系??气动热流计算一??—？结构的温度分布?一？受热结构的模态计算——??结构传热计算＾??ＩＩ?一？超声速热气动弹性计算??超声速非定常气动力计算—??图１．４单向耦合分块方法??单向耦合简化的具体的假设条件如下：动力学气动弹性耦合非常小，气动加热的时??间尺度（分钟量级）远大于结构响应的时间尺度（ｌＯ—１？１０＿２Ｓ）；静力气动弹性耦合（稳??态压力和热载荷引起的静力学弹性变形）基本不改变参考状态的温度分布ｔｗ。??基于以上假设，可以将温度场看作是稳态的，分析给定温度场下的结构的热气动弹??性问题［１９］，由于气动热仅对弹性力产生影响，当气动热产生的热应力与弹性力、惯性力??耦合时，结构一方面会产生热弹性静力学稳定性问题，即热应力产生的轴压使结构发生??热屈曲现象，另一方面结构模态也会发生变化，即热弹性动力学问题；气动热与弹性力、??惯性力、气动力耦合使结构产生热气动弹性动力学稳定性问题，即热颤振问题。结构的??温度分布来源于气动热流计算及结构传热计算，而特定气流速度下的气动热流计算已有??较多的研究大部分热气动弹性动力学稳定性研究一般不进行气动加热及结构传热??的计算
２．２复合材料本构模型??图２．１复合材料圆柱壳模型及坐标系??圆柱壳模型及其坐标系如图２．１所示，长度为Ｉ，中面半径为尤厚度为Ｌｘ、０、??ｚ分别为定义于圆柱壳中面的轴向，周向及径向坐标轴。ｔ／、ｈ?Ｗ分别为三个方向上的??位移。１、２方向分别为平行与垂直于纤维铺设方向，１方向与ｘ轴的夹角为…气流方??向与圆柱壳的轴线平行。本文主要针对薄壳结构（径厚比大于２０）开展研究。??２．２．１单层主方向本构??对于复合材料层合结构，每一单层都可看成层合板中一层，在平面应力状态下，正??交各向异性层合板单层主方向上的本构关系可表示为［３８］：??ａ＼?Ｑｗ?Ｑｎ?〇??＝?Ｑ＇２?Ｑ２２?〇?ｈ?（２－１）??＾?＾６６＿?＿７ｌ２＿??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Rayleigh-Ritz法的复合材料薄壁圆柱壳热屈曲和热模态分析[J]. 李亚杯,莫军,陈红永. 科学技术与工程. 2019(01)
[2]高速流场中变刚度复合材料层合板颤振分析[J]. 欧阳小穗,刘毅. 航空学报. 2018(03)
[3]超音速下梯形复合材料层合板的气动热弹性[J]. 蒋国庆,李凤明. 科学技术与工程. 2017(28)
[4]复合材料层合圆柱壳的振动特性[J]. 谭安全,刘敬喜,李天匀,朱翔. 船舶力学. 2017(08)
[5]圆筒形薄壳热屈曲临界温度理论解及修正[J]. 王泽武,李耀宙,夏良志,孙佳琳. 机械强度. 2017(01)
[6]外压作用下椭圆截面柱壳的弹性屈曲[J]. 吴静云,赵阳. 工程力学. 2016(06)
[7]高超声速飞行器受热壁板的气动弹性声振分析[J]. 杨智春,刘丽媛,王晓晨. 航空学报. 2016(12)
[8]复合材料层合板在不同温度场中的热屈曲行为[J]. 田新鹏,李金强,郭章新,韩志军. 太原理工大学学报. 2016(02)
[9]高超声速飞行器热环境与结构传热的多场耦合数值研究[J]. 周印佳,孟松鹤,解维华,杨强. 航空学报. 2016(09)
[10]考虑气动加热的翼面结构热模态试验方法研究[J]. 刘浩,李晓东,杨文岐,孙侠生. 振动与冲击. 2015(13)
博士论文
[1]超声速流中壁板的颤振及其抑制[D]. 赵海.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]高超音速钝体头部气动加热和壁板气动热弹性数值计算[D]. 李浩.南京理工大学 2015
本文编号：2930384
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１超声速圆柱壳颤振实验，Ｏｌｓｏｎｌ６１，１９６６??
?？强耦合???＋弱耦合??图１．３热气动弹性不同因素间的耦合关系??气动热流计算一??—？结构的温度分布?一？受热结构的模态计算——??结构传热计算＾??ＩＩ?一？超声速热气动弹性计算??超声速非定常气动力计算—??图１．４单向耦合分块方法??单向耦合简化的具体的假设条件如下：动力学气动弹性耦合非常小，气动加热的时??间尺度（分钟量级）远大于结构响应的时间尺度（ｌＯ—１？１０＿２Ｓ）；静力气动弹性耦合（稳??态压力和热载荷引起的静力学弹性变形）基本不改变参考状态的温度分布ｔｗ。??基于以上假设，可以将温度场看作是稳态的，分析给定温度场下的结构的热气动弹??性问题［１９］，由于气动热仅对弹性力产生影响，当气动热产生的热应力与弹性力、惯性力??耦合时，结构一方面会产生热弹性静力学稳定性问题，即热应力产生的轴压使结构发生??热屈曲现象，另一方面结构模态也会发生变化，即热弹性动力学问题；气动热与弹性力、??惯性力、气动力耦合使结构产生热气动弹性动力学稳定性问题，即热颤振问题。结构的??温度分布来源于气动热流计算及结构传热计算，而特定气流速度下的气动热流计算已有??较多的研究大部分热气动弹性动力学稳定性研究一般不进行气动加热及结构传热??的计算
２．２复合材料本构模型??图２．１复合材料圆柱壳模型及坐标系??圆柱壳模型及其坐标系如图２．１所示，长度为Ｉ，中面半径为尤厚度为Ｌｘ、０、??ｚ分别为定义于圆柱壳中面的轴向，周向及径向坐标轴。ｔ／、ｈ?Ｗ分别为三个方向上的??位移。１、２方向分别为平行与垂直于纤维铺设方向，１方向与ｘ轴的夹角为…气流方??向与圆柱壳的轴线平行。本文主要针对薄壳结构（径厚比大于２０）开展研究。??２．２．１单层主方向本构??对于复合材料层合结构，每一单层都可看成层合板中一层，在平面应力状态下，正??交各向异性层合板单层主方向上的本构关系可表示为［３８］：??ａ＼?Ｑｗ?Ｑｎ?〇??＝?Ｑ＇２?Ｑ２２?〇?ｈ?（２－１）??＾?＾６６＿?＿７ｌ２＿??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Rayleigh-Ritz法的复合材料薄壁圆柱壳热屈曲和热模态分析[J]. 李亚杯,莫军,陈红永. 科学技术与工程. 2019(01)
[2]高速流场中变刚度复合材料层合板颤振分析[J]. 欧阳小穗,刘毅. 航空学报. 2018(03)
[3]超音速下梯形复合材料层合板的气动热弹性[J]. 蒋国庆,李凤明. 科学技术与工程. 2017(28)
[4]复合材料层合圆柱壳的振动特性[J]. 谭安全,刘敬喜,李天匀,朱翔. 船舶力学. 2017(08)
[5]圆筒形薄壳热屈曲临界温度理论解及修正[J]. 王泽武,李耀宙,夏良志,孙佳琳. 机械强度. 2017(01)
[6]外压作用下椭圆截面柱壳的弹性屈曲[J]. 吴静云,赵阳. 工程力学. 2016(06)
[7]高超声速飞行器受热壁板的气动弹性声振分析[J]. 杨智春,刘丽媛,王晓晨. 航空学报. 2016(12)
[8]复合材料层合板在不同温度场中的热屈曲行为[J]. 田新鹏,李金强,郭章新,韩志军. 太原理工大学学报. 2016(02)
[9]高超声速飞行器热环境与结构传热的多场耦合数值研究[J]. 周印佳,孟松鹤,解维华,杨强. 航空学报. 2016(09)
[10]考虑气动加热的翼面结构热模态试验方法研究[J]. 刘浩,李晓东,杨文岐,孙侠生. 振动与冲击. 2015(13)
博士论文
[1]超声速流中壁板的颤振及其抑制[D]. 赵海.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]高超音速钝体头部气动加热和壁板气动热弹性数值计算[D]. 李浩.南京理工大学 2015
本文编号：2930384
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/2930384.html
