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热效应对结构固有振动特性影响研究

王宏宏

  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。……   
[关键词]:热效应;热刚度;热振动;气动加热;热颤振
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:南京航空航天大学2009年