热环境下热防护结构动响应行为研究

发布时间：2017-09-01 02:24

  本文关键词：热环境下热防护结构动响应行为研究

  更多相关文章： 跳变 Fokker-Planck 分布方程 热防护结构 热-声 非线性响应 弹性基础

【摘要】：本文高超声速飞行器一般是指飞行速度的马赫数大于5的、能在大气层和跨大气层飞行的一种具有高机动性、超视距精确打击能力的飞行器,基于这些优点,各国对于高超声速飞行器的发展都给予很高的关注。高超声速飞行器热防护系统上面板结构的服役环境非常恶劣,如噪声水平局部可达到170dB以上,温度可达到1200oC以上。因此热防护系统上面板结构的热致声疲劳问题是材料领域,力学领域等均很关注的问题,也是一个航空航天领域亟待解决富有挑战性的问题。本文首先研究了陶瓷基复合材料薄板在热环境剧烈的噪声激励下的随机动响应行为。研究发现四边不可移动的薄板结构在热致过屈曲后,高噪声激励下可能出现随机跳变现象。随机跳变表现为结构在两个静平衡位置之间的大幅振动行为。为了描述薄壁板结构动响应行为在不同激励以及热环境下的演化,本文通过薄壁结构的单模态Duffing方程以及振子在随机激励下的FPK方法提出一个新的物理量,可以用来描述和预测结构从不跳变,到持续性随机跳变的演化,并获得激励、阻尼、温度分布等对于随机动响应行为的影响。结果与有限元直接积分法得到的数值结果进行了比较,并得到了验证。在上述基础上,把研究进一步的拓展到在弹性基础上薄板在热-声联合作用下的随机动响应行为研究。利用Airy应力函数和伽辽金法推导出了双参数弹性基础上的四边简支复合材料薄板的振动方程,给出了屈曲温度、过屈曲变形,一阶刚度以及对板面中点位移的时域响应和概率密度直方图,研究了噪声激励、热效应和弹性基础的刚度对于动响应演化的影响,并指出了弹性基础将促进过屈曲面板随机跳变响应的发生,但由于屈曲后变形随弹性基础刚度的增加而显著减小,跳变的幅值将显著减小。
【关键词】：跳变 Fokker-Planck 分布方程 热防护结构 热-声 非线性响应 弹性基础
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V244.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究目的和意义9
• 1.2 国内外研究综述9-11
• 1.3 主要研究内容11-14
• 1.3.1 选题依据11-12
• 1.3.2 主要研究内容和研究方案12-14
• 第二章 四边固支板的动响应行为的有限元计算和分析14-29
• 2.1 有限元模型的具体情况14-15
• 2.2 随机激励载荷的生成15-17
• 2.3 面内温度梯度对四边固支矩形薄板的屈曲温度的影响17
• 2.4 四边固支矩形薄板在声热联合作用下的随机响应计算与分析17-27
• 2.4.1 动响应流程合理性的验证18-19
• 2.4.2 结构在热-声联合作用下的随机跳变响应分析19-24
• 2.4.3 温度分布对于振动响应的影响24-25
• 2.4.4 边界动响应行为研究25-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第三章 屈曲后复合材料板的随机跳变响应的理论分析29-50
• 3.1 四边固支复合材料板的动力学方程29-32
• 3.2 利用伽辽金法推导单模态的模态方程32-35
• 3.3 单模态的Fokker-Planck分布和位移数据35-36
• 3.4 屈曲临界温度36-37
• 3.5 跳变响应的位移分布37-44
• 3.6 结构随机响应演化行为44-46
• 3.7 板面中心单元应变计算46-49
• 3.8 本章小结49-50
• 第四章 热环境中具有弹性基础的板的非线性响应分析50-59
• 4.1 结构特性和有限元建模方式的研究50-52
• 4.2 上面板边界条件为四边不可移动边界时的板面中点振动响应52-54
• 4.3 上面板边界条件为四边简支边界时的板面中点振动响应54-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 带有弹性基础的四边简支板动响应理论分析59-74
• 5.1 复合材料矩形薄板的动力学方程59-61
• 5.2 伽辽金法建立模态方程61-63
• 5.3 屈曲温度求解63-65
• 5.4 线性刚度65-66
• 5.5 振动响应行为问题66-69
• 5.6 跳变演变的参数69-72
• 5.7 本章小结72-74
• 结论74-77
• 参考文献77-81
• 附录A81-82
• 附录B82-83
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单83-84
• 致谢84

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本文编号：769380