高超声速气流中复合材料壁板热颤振分析

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1、第42卷第3期2010年6月．___I-C=同南京航JournalofNanjing空航天大学学报V01．42UniversityofAeronautics&AstronauticsJun．超声速气流中复合材料壁板热颤振分析苑凯华邱志平(fig京航空航天大学固体力学研究所，北京，100191)No．32010摘要：针对高超声速气流中的复合材料壁板颤振问题，根据Hamilton原理，利用vonKarman大变形应变——位移关系、三阶气动力活塞理论和准定常热应力理论建立了壁板结构颤振的气动弹性力学模型，使用Bogner—Fox—Schmit单元推导出考

2、虑热效应的复合材料板颤振的非线性有限元方程。应用数值积分的方法在时域内求解方程，确定出壁板颤振的临界动压，并分析复合材料壁板的非线性颤振特性。数值模拟的结果表明，在高起声速气流中气动力的非线性项和热载荷对壁板颤振的振动幅值的影响较明显。这将为高超声速飞行器壁板结构的设计奠定基础．关键词：壁板颤振；活塞理论；热效应；有限元方法；复合材料壁板中圈分类号：0326文献标识码：A文章编号：1005—2615(2010)03—0313—05FlutterAnalysisofCompositePanelsinHypersonicFlowwithThermaiE

3、ffectsYuanKaihua，QiuZhiping(InstituteofSolidMechanics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing，100191，China)Abstract：Thecompositepanelflutterinthehypersonicflowisinvestigated．BasedonHamiltonprinci—pie，theaeroelasticmodelofthecompositepanelisestablishedbyusingtheyo

4、nKarmanlargedeflectionplatetheory，third—orderpistontheoryaerodynamicsandthequasi—steadythermalstresstheory．Innon—linearfiniteelementequationsofthemotionwiththethermaleffect。theBogner—Fox—SchmitelementiSadopted．Theequationsaresolvedinthetimedomainusinganumericalintegrationmetho

5、d．Invirtueoftheresults，thecriticaldynamicpressureisdeterminedandthenonlinearfluttercharacteristicsofcom—positepanelsareanalyzed．Numericalresultsshowthattheeffectofthenonlinearaerodynamicloadingandthetemperatureonoscillationsamplitudesofisevident．Thiswilllaythefoundationforthed

6、esignOfpanelstructuresinthehypersonicvehicle．Keywords：panelflutter；pistontheory；thermaleffect；finiteelementmethod；compositepanel壁板颤振是飞行器在超声速和高超声速飞行时，壁板结构发生的一种自激振动现象。虽然壁板颤振不像机翼颤振那样一定会导致严重的飞行事故，但是剧烈的壁板颤振将会对壁板结构的疲劳寿命甚至飞行器的飞行性能产生十分不利的影响。对壁板颤振的研究始于20世纪50年代，人们对此现象进行了大量的理论分析和试验研究[1砣]

7、。Dow—ell[3]全面综述了1970年以前人们在壁板颤振分析中所做的工作，他根据使用的结构理论是线性还是非线性的以及所采用的气动力理论将壁板颤振分析的方法进行了分类，并采用Galerkin方法来求解四边简支的壁板颤振运动的微分方程，进而分析运基金项目：航天科技创新基金资助项目；航空科学基金(2007ZA51003)资助项目；高等学校学科刨新引智计划(B07009)资助项目；北京航空航天大学博士研究生创新基金资助项目。收稿日期：2009—10—13；修订日期：2010—01—11作者简介：苑凯华，女，博士研究生，1983年10月生；邱志平(联系人

8、)，男，教授，博士生导师，E—mail：zpqiu@buaa．edu．cn。314南京航空航天大学学报第42卷动特性。Ol