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热效应对结构固有振动特性影响研究

作　者: 王宏宏
导　师: 陈怀海
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 工程力学
关键词: 热效应热刚度热振动气动加热热颤振
分类号: V216.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 182次
引　用: 1次
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内容摘要

本文的研究内容是飞行器的典型结构,如机翼、弹翼等,在高超音速飞行情况下,由于气动加热引起的高温效应对结构振动特性的影响。包括热效应刚度修正、热振动、热颤振等问题,重点研究结构的热模态特性。首先,这篇论文介绍了温度场和热应力场的有限元方法。通过建立平面热传导模型,计算瞬态温度场,并将温度场等效为“热载荷”,用弹性力学的处理方法求解温度场对应的热应力场。其次,将热应力作为结构的一种“预应力”,推导由预应力引起的刚度矩阵修正。应用金属材料热物理参数随温度变化的一般规律,构造结构的热刚度,计算结构的热模态。第三,设计了几种加热方式,通过试验手段,得到结构固有模态随热环境变化的一般规律,并将试验结果与有限元模拟结果做了比较验证。在处理试验数据时,采用了几种方法辨识结构的模态参数,并比较了各方法的优劣。最后,应用工程上计算气动热的估算方法,在不考虑烧蚀等复杂因素影响的条件下,模拟结构的气动加热环境。在此条件下,计算结构所受的气动力分布及颤振速度。应用有限元模拟与试验等方法,取得了以下结论:升温导致的热应力及材料机械性能的下降,都会改变结构的固有频率,后者的效果更显著;两者的综合作用下,结构的固有频率有下降趋势,且高阶固有频率比低阶固有频率下降得快;在气动加热环境下,结构的颤振速度降低。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
图表清单  8-10
注释表  10-12
第一章绪论  12-17
  1.1 研究背景与意义  12-13
  1.2 研究现状  13-15
  1.3 热效应下研究振动的思路  15
  1.4 本文所做工作  15-17
第二章热模态有限元仿真  17-31
  2.1 瞬态温度场有限元  17-18
  2.2 热应力有限元  18-19
  2.3 热应力刚度修正  19-22
  2.4 材料物理性能参数随温度的变化规律  22-24
  2.5 考虑温度效应的热模态分析  24-25
  2.6 有限元仿真模型  25-26
  2.7 有限元仿真结果  26-31
第三章热模态试验  31-56
  3.1 试验1 的试验原理  31
  3.2 试验1 的试验结果  31-33
  3.3 有限元仿真结果与试验结果的比较  33-34
  3.4 试验2 的试验原理  34-35
  3.5 试验2 数据处理方法介绍  35-46
    3.5.1 小波分析、经验模态分析（EMD）方法及其比较  36-40
    3.5.2 随机子空间跟踪算法  40-42
    3.5.3 小波分析与随机子空间跟踪算法的比较  42-44
    3.5.4 分段AR 模型时间序列分析方法  44-46
  3.6 试验2 数据处理结果  46-49
  3.7 模态参数辨识及方法比较  49-53
  3.8 有限元模拟与试验结果比较  53-56
第四章热颤振模拟  56-66
  4.1 颤振机理  56-57
  4.2 颤振理论  57-59
  4.3 颤振有限元及摄动法  59-62
    4.3.1 颤振有限元  59-60
    4.3.2 摄动法简介  60-62
  4.4 热环境模拟  62-64
  4.5 热颤振模拟结果  64-66
第五章总结与展望  66-68
  5.1 主要工作总结  66
  5.2 研究展望  66-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
在学期间的研究成果及发表的学术论文  72

热效应对结构固有振动特性影响研究

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