本文關(guān)鍵詞：含粘滯—滑移—約束邊界的梁和板的熱屈曲及熱振動(dòng)研究

  更多相關(guān)文章： 粘滯-滑移-約束邊界 升溫 熱屈曲 固有振動(dòng) 正壓力 熱膨脹間隙 細(xì)長梁 薄板 主共振 內(nèi)共振 隨機(jī)振動(dòng)

【摘要】：航空航天結(jié)構(gòu)在服役過程中往往會(huì)受到氣動(dòng)加熱/太陽輻射加熱。由于結(jié)構(gòu)邊界約束或者溫度場梯度的作用,結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力足夠大時(shí),結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生熱屈曲,不僅降低結(jié)構(gòu)的承載能力,甚至引起結(jié)構(gòu)破壞。再者,高溫環(huán)境會(huì)使材料性能退化,加上結(jié)構(gòu)內(nèi)的上述熱應(yīng)力作用,結(jié)構(gòu)剛度會(huì)發(fā)生變化,進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性。為了提高結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性能,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量允許結(jié)構(gòu)邊界發(fā)生滑移,釋放結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱應(yīng)力。為此,結(jié)構(gòu)部件之間需預(yù)留熱膨脹間隙。當(dāng)然,過度熱膨脹仍會(huì)受到相鄰部件的限制。另外,由于裝配需要,在邊界上需施加預(yù)緊力,因此邊界將受到一對(duì)正壓力和摩擦力作用。在這樣的設(shè)計(jì)下,結(jié)構(gòu)邊界隨著溫度升高將依此經(jīng)歷三個(gè)狀態(tài),即粘滯狀態(tài)、滑移狀態(tài)以及接觸約束狀態(tài),即形成具有粘滯-滑移-約束的邊界。由于裝配預(yù)緊力和熱膨脹間隙會(huì)影響邊界移動(dòng)狀態(tài),進(jìn)而改變結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱應(yīng)力,對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性產(chǎn)生影響。因此,有必要分析它們對(duì)結(jié)構(gòu)的熱屈曲和熱振動(dòng)特性的影響。鑒于梁和板是航空航天結(jié)構(gòu)的基本部件,本文針對(duì)具有粘滯-滑移-約束邊界的細(xì)長梁、矩形薄板,研究其相關(guān)的熱屈曲和熱振動(dòng)問題。論文的主要研究內(nèi)容和學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下:(1)提出考慮裝配預(yù)緊力和熱膨脹間隙的細(xì)長梁、矩形薄板物理模型,分別基于哈密頓原理和虛位移原理給出了這類梁和板的動(dòng)力學(xué)方程和滑移邊界的約束方程。(2)針對(duì)具有軸向粘滯-滑移-約束邊界的細(xì)長梁的熱屈曲、后屈曲以及前/后屈曲內(nèi)的固有振動(dòng)問題,考慮溫度對(duì)材料特性以及滑動(dòng)邊界摩擦系數(shù)的影響,得到了每種情況下的臨界屈曲升溫、后屈曲變形和前/后屈曲的固有頻率的解析表達(dá)式;通過數(shù)值算例考察了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)臨界屈曲升溫、熱后屈曲變形以及固有振動(dòng)特性的影響。(3)研究了具有面內(nèi)粘滯-滑移-約束邊界的矩形薄板的熱屈曲行為和屈曲前固有振動(dòng)特性。考慮溫度對(duì)材料特性和邊界摩擦系數(shù)的影響,通過對(duì)滑動(dòng)邊界約束力和位移的分析,給出了薄板所有可能的屈曲情況和相應(yīng)的固有頻率。采用有限元軟件Nastran驗(yàn)證了解析解的正確性,通過數(shù)值算例分析了正壓力、熱膨脹間隙等對(duì)矩形薄板的臨界屈曲升溫和固有振動(dòng)特性的影響。(4)針對(duì)具有粘滯-滑移-約束邊界的細(xì)長梁,研究了受均勻分布加熱和簡諧激勵(lì)下梁的橫向主共振問題。先采用伽遼金方法將偏微分方程簡化為常微分方程,然后采用平均法得到了每種情況下細(xì)長梁的穩(wěn)態(tài)主共振解析解,通過數(shù)值積分驗(yàn)證了解析解的正確性,并考察了系統(tǒng)參數(shù)(如升溫和正壓力等)對(duì)梁的穩(wěn)態(tài)主共振的影響。(5)分析了由于面內(nèi)滑移-粘滯-約束邊界引起的矩形薄板的前兩階模態(tài)之間的1:1內(nèi)共振問題,研究了內(nèi)共振發(fā)生時(shí)系統(tǒng)參數(shù)所滿足的條件和相應(yīng)的升溫,采用伽遼金方法得到了前兩階模態(tài)所滿足的動(dòng)力學(xué)方程,并利用龍格-庫塔法求解微分方程,通過分叉圖、龐加萊映射等分析了矩形薄板的非線性振動(dòng)行為。(6)針對(duì)具有面內(nèi)粘滯-滑移-約束邊界的矩形薄板,采用伽遼金方法得到了多模態(tài)動(dòng)力學(xué)方程,采用數(shù)值積分求解了均布平穩(wěn)高斯白噪聲激勵(lì)下矩形薄板的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)。通過數(shù)值算例,分析了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)該板的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)的影響。
【關(guān)鍵詞】：粘滯-滑移-約束邊界 升溫 熱屈曲 固有振動(dòng) 正壓力 熱膨脹間隙 細(xì)長梁 薄板 主共振 內(nèi)共振 隨機(jī)振動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V214
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-21
• 第一章 緒論21-35
• 1.1 研究背景21-22
• 1.2 熱屈曲、后屈曲和熱模態(tài)研究現(xiàn)狀22-29
• 1.2.1 梁的熱屈曲、后屈曲和熱模態(tài)研究現(xiàn)狀23-25
• 1.2.2 板的熱屈曲、后屈曲和熱模態(tài)研究現(xiàn)狀25-29
• 1.3 熱環(huán)境下梁和板的非線性振動(dòng)研究現(xiàn)狀29-31
• 1.3.1 熱環(huán)境下梁的非線性振動(dòng)研究現(xiàn)狀29-30
• 1.3.2 熱環(huán)境下板的非線性振動(dòng)研究現(xiàn)狀30-31
• 1.4 熱環(huán)境下板的隨機(jī)振動(dòng)研究現(xiàn)狀31-32
• 1.5 本文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排32-35
• 第二章 結(jié)構(gòu)模型及動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)建模35-46
• 2.1 引言35
• 2.2 熱彈性力學(xué)35-36
• 2.3 梁結(jié)構(gòu)模型及動(dòng)力學(xué)建模36-40
• 2.3.1 梁的物理模型36-37
• 2.3.2 梁的動(dòng)力學(xué)方程37-40
• 2.4 薄板結(jié)構(gòu)模型及動(dòng)力學(xué)建模40-45
• 2.4.1 薄板的物理模型40-41
• 2.4.2 薄板的動(dòng)力學(xué)方程41-45
• 2.5 小結(jié)45-46
• 第三章 含粘滯-滑移-約束邊界的梁的熱屈曲及熱模態(tài)46-67
• 3.1 引言46
• 3.2 梁的臨界熱屈曲分析46-48
• 3.2.1 情況 1：強(qiáng)正壓力47
• 3.2.2 情況 2：弱正壓力47-48
• 3.3 梁的熱后屈曲分析48-50
• 3.3.1 情況 1：強(qiáng)正壓力49
• 3.3.2 情況 2：弱正壓力49-50
• 3.4 屈曲前梁的熱模態(tài)分析50-51
• 3.4.1 情況 1：強(qiáng)正壓力50
• 3.4.2 情況 2：弱正壓力50-51
• 3.5 屈曲后梁的熱模態(tài)分析51-54
• 3.5.1 情況 1：強(qiáng)正壓力54
• 3.5.2 情況 2：弱正壓力54
• 3.6 算例研究54-66
• 3.6.1 臨界屈曲升溫54-57
• 3.6.2 后屈曲變形57-60
• 3.6.3 屈曲前固有頻率60-63
• 3.6.4 屈曲后固有頻率63-66
• 3.7 小結(jié)66-67
• 第四章 含粘滯-滑移-約束邊界的板的熱屈曲及熱模態(tài)67-84
• 4.1 引言67
• 4.2 動(dòng)力學(xué)建模67-72
• 4.2.1 動(dòng)力學(xué)方程67-69
• 4.2.2 滑動(dòng)邊界的約束力和位移69-72
• 4.3 薄板的臨界熱屈曲分析72-75
• 4.3.1 情況 1：屈曲發(fā)生在粘滯-粘滯階段72-73
• 4.3.2 情況 2：屈曲發(fā)生在粘滯-滑移階段73
• 4.3.3 情況 3：屈曲發(fā)生在粘滯-約束階段73-74
• 4.3.4 情況 4：屈曲發(fā)生在滑移-約束階段74-75
• 4.3.5 情況 5：屈曲發(fā)生在約束-約束階段75
• 4.4 薄板的熱模態(tài)分析75-76
• 4.5 算例研究76-83
• 4.5.1 公式驗(yàn)證77-78
• 4.5.2 臨界屈曲升溫78-79
• 4.5.3 固有頻率79-83
• 4.6 小結(jié)83-84
• 第五章 含粘滯-滑移-約束邊界的受熱梁的主共振84-99
• 5.1 引言84
• 5.2 動(dòng)力學(xué)方程84-85
• 5.3 主共振分析85-91
• 5.3.1 平均法求解主共振85-86
• 5.3.2 穩(wěn)態(tài)主共振分析86-91
• 5.4 參數(shù)研究91-98
• 5.4.1 解析解的驗(yàn)證92-94
• 5.4.2 算例研究94-98
• 5.5 小結(jié)98-99
• 第六章 滑動(dòng)邊界面內(nèi)滑移引起的薄板的 1:1 內(nèi)共振99-117
• 6.1 引言99
• 6.2 1:1 內(nèi)共振條件99-102
• 6.2.1 粘滯-粘滯階段100
• 6.2.2 粘滯-滑移階段100-101
• 6.2.3 滑移-滑移階段101
• 6.2.4 粘滯-約束階段101-102
• 6.2.5 滑移-約束階段102
• 6.2.6 約束-約束階段102
• 6.3 動(dòng)力學(xué)方程102-105
• 6.4 滑動(dòng)邊界的位移和約束力105-106
• 6.4.1 狀態(tài) 1：滑動(dòng)邊界均不滑移105
• 6.4.2 狀態(tài) 2：一滑動(dòng)邊界滑移105-106
• 6.4.3 狀態(tài) 3：兩滑動(dòng)邊界均滑移106
• 6.5 數(shù)值算例106-115
• 6.5.1 1:1內(nèi)共振的驗(yàn)證106-107
• 6.5.2 激勵(lì)幅值對(duì)最大振動(dòng)位移的影響107
• 6.5.3 薄板的非線性動(dòng)力學(xué)行為107-115
• 6.6 小結(jié)115-117
• 第七章 平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)下薄板的隨機(jī)振動(dòng)117-128
• 7.1 引言117
• 7.2 動(dòng)力學(xué)方程117-120
• 7.3 隨機(jī)激勵(lì)的模擬120-122
• 7.3.1 正態(tài)隨機(jī)序列構(gòu)造法120-121
• 7.3.2 三角級(jí)數(shù)合成法121-122
• 7.4 數(shù)值算例122-127
• 7.4.1 強(qiáng)正壓力作用123-124
• 7.4.2 弱正壓力作用124-127
• 7.5 小結(jié)127-128
• 第八章 總結(jié)與展望128-130
• 8.1 本文的主要工作與貢獻(xiàn)128-129
• 8.2 未來工作展望129-130
• 參考文獻(xiàn)130-146
• 致謝146-147
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文147-148
• 附錄148

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 聶建國;唐亮;;基于彈性扭轉(zhuǎn)約束邊界的波形鋼板整體剪切屈曲分析[J];工程力學(xué);2008年03期

2 ;[J];;年期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 崔德福;含粘滯—滑移—約束邊界的梁和板的熱屈曲及熱振動(dòng)研究[D];南京航空航天大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：886199