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弹体结构热振动特性分析

作　者: 刘芹
导　师: 任建亭
学　校: 西北工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 气动加热热流密度温度场热应力热振动
分类号: V214
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 435次
引　用: 5次
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内容摘要

本文研究背景是弹体这类典型结构在高速飞行情况下，由于气动加热引起的高温对结构气动热弹性分析，包括热刚度、热振动问题的研究。重点研究弹体结构的热振动特性。在计算气动加热及热振动方面，本论文提出了一些解决方法。首先，这篇论文介绍温度场和热应力场的有限元方法，建立了三维热传导模型计算有温度场产生的热应力，计算热应力时运用了一种转化思维：将温度处理为“温度载荷”，这样就能用弹性力学问题的处理方法来求解热应力。其次，将热应力作为结构的“面内力”，而面内力产生附加的几何刚度矩阵，改变了结构的刚度，影响了结构的固有频率。这一方法提高了热振动的分析效率；第三，简要的介绍了工程上计算气动熟的估算方法及热流密度计算的简化公式，在不考虑烧蚀以及质量引射等影响下，本文计算了几种飞行条件下驻点和非驻点区的热流密度分布，作为本论文算例的气动加热环境。最后，采用ANSYS程序分析了合金材料、复合材料的板、弹体结构的热振动特性。在不同的热载条件下，取得以下结论：升温导致的材料机械性能下降都会降低结构固有频率，而温度梯度产生的热应力可能降低也可能提高结构的固有频率；金属材料结构的固有频率受温度的影响要比复合材料结构的固有频率受温度的影响要明显。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-12
  1.1 热振动研究背景  7-8
  1.2 热振动研究现状  8-10
  1.3 热振动分析的思路  10-11
  1.4 本文所做工作  11-12
第二章温度场和热应力场的有限元法  12-22
  2.1 温度场有限元法  12-18
    2.1.1 热传导偏微分方程  12-13
    2.1.2 初始条件和边界条件  13-15
    2.1.3 三维温度场微分方程  15-16
    2.1.4 稳态热传导有限元的一般格式  16-18
  2.2 热应力场的基本理论  18-22
    2.2.1 热应力的基本概念  18
    2.2.2 平面热应力  18-20
    2.2.3 热应力静态分析计算步骤  20-22
第三章热振动理论及算法  22-45
  3.1 几何非线性理论  22-24
  3.2 板单元的几何刚度矩阵  24-26
  3.3 系统的固有频率和固有振型  26
  3.4 数值算例  26-45
    3.4.1 合金材料方形薄板  26-34
    3.4.2 复合材料薄板试件  34-44
    3.4.3 结论总结  44-45
第四章气动热工程估算  45-51
  4.1 气动加热的基本理论  45-46
  4.2 高超声速气动加热计算  46-51
    4.2.1 零攻角弹体的驻点加热  46-49
    4.2.2 非驻点加热  49-51
第五章弹体结构热振动特性分析  51-67
  5.1 合金材料导弹壳结构  51-57
  5.2 复合材料结构弹壳结构  57-65
  5.3 结论总结  65-67
第六章主要工作总结与研究展望  67-69
  6.1 主要工作总结  67
  6.2 研究展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73

弹体结构热振动特性分析

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