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时间:2019-03-14
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1、热环境下热防护结构动响应行为研究吕冰洋2015年12月中图分类号:TQ028.1UDC分类号:540热环境下热防护结构动响应行为研究作者姓名吕冰洋学院名称宇航学院指导教师刘刘副教授答辩委员会主席董春迎教授申请学位工学硕士学科专业力学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月DynamicResponseBehaviorofThermalProtectionStructureinThermalEnvironmentCandidateName:LvBingyangSchoolorDepartment:SchoolofAerospaceEngineerin
2、gFacultyMentor:A.P.LiuLiuChair,ThesisCommittee:Prof.DongChunyingDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MechanicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:December,2015研究成果声明本人郑重声明:所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知,文中除特别标注和致谢的地方外,学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京理
3、工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名:日期:北京理工大学硕士学位论文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
4、,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,
5、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I北京理工大学硕士学位论文Ab
6、stractHypersonicflightvehiclewithspeedoverMach5isaseriesofflightvehicleswhichhavehighperformanceofmaneuverabilityandprecisionstrikecapability.Basedontheaboveadvantages,developmentofhypersonicflightvehicleishighlyconcernedbyoverwhelmingmajorityofnations.Thethermalprotectionsystem(TPS
7、)ofhypersonicflightvehicleisusuallyimposedtoterribleenvironment.Forinstance,itissubjectedtosevereacousticloadsreachingupto170dBandathermalloadingreachingupto1200℃insomeareas.Thethermal-acousticfatigueofdamageofTPS’stopface-sheetisasubjectareaofmaterialandmechanicsscience,whichisalso
8、anurgentandchalleng
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