【摘 要】
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先进的航空航天器薄壁结构在工作时承受复杂的机械力载荷、气动载荷、热载荷和声载荷,这些载荷会导致结构以非线性方式响应。其中,薄壁结构在热载荷和声载荷同时作用下易发生跳
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先进的航空航天器薄壁结构在工作时承受复杂的机械力载荷、气动载荷、热载荷和声载荷,这些载荷会导致结构以非线性方式响应。其中,薄壁结构在热载荷和声载荷同时作用下易发生跳变响应(snap-through)。本文采用理论分析及数值模拟相结合的方法研究了薄壁结构在热声载荷作用下的非线性动态响应。 1.建立热声载荷作用下薄板振动的非线性大挠度方程,基于该方程建立Miles单自由度杜芬型模态方程,讨论了非线性恢复力项对结构自由振动的影响,利用相轨迹及势能方程分析了跳变响应的特征,计算了热屈曲临界温度、热屈曲幅值,并分析了热屈曲前后刚度变化及应力/应变响应统计特性。 2.建立薄壁结构有限元模型,考虑几何非线性,在时域内根据Newmark积分方法对高温结构施加模拟的有限带宽高斯白噪声载荷进行动响应计算,根据屈曲前后应力及横向位移概率分布,分析了热及噪声载荷造成的结构几何非线性对结构刚度的影响,并论述了结构在屈曲前后及跳变响应前后响应特征,特别深入研究了相同温度不同声压级及相同声压级不同温度下的动态响应规律。 3.建立了某型飞行器薄壁结构有限元模型,同时考虑了结构材料非线性和几何非线性,计算了该结构在热及噪声载荷作用下的动态响应,包括均方应力、均方应变、应力及应变功率谱密度。分析了温度对结构刚度及热应力和应变分布的影响,结果表明,热应力和应变的分布随温度变化而变化,总均方应力/应变随着温度升高而减小。 本文所研究的航空薄壁结构在热声载荷作用下非线性动态响应的计算和分析方法,特别是对跳变响应的研究方法,对结构抗声疲劳设计具有重要的参考价值。
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