【摘要】：功能梯度材料的宏觀物理性能隨空間位置連續(xù)變化,能充分減少不同組份材料結(jié)合部位界面性能的不匹配因素.功能梯度壁板用作高速飛行器的熱防護(hù)結(jié)構(gòu),能有效消除氣動(dòng)加熱帶來的壁板內(nèi)部熱應(yīng)力集中.本文考慮熱過屈曲變形引入的結(jié)構(gòu)幾何非線性,分析功能梯度壁板的氣動(dòng)彈性顫振邊界.基于冪函數(shù)材料分布假設(shè),采用混合定律計(jì)算功能梯度材料的等效力學(xué)性能.根據(jù)一階剪切變形板理論、馮·卡門應(yīng)變-位移關(guān)系和一階活塞理論,基于虛功原理建立超聲速氣流中受熱功能梯度壁板的非線性氣動(dòng)彈性有限元方程.采用牛頓-拉弗森迭代法數(shù)值求解壁板的熱屈曲變形,分析超聲速氣流對熱屈曲變形的影響機(jī)理.在壁板熱過屈曲的靜力平衡位置分析動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性,確定了壁板的顫振邊界.研究表明,當(dāng)陶瓷-金屬功能梯度壁板的組份材料沿厚度方向梯度分布時(shí),會破壞結(jié)構(gòu)的對稱性導(dǎo)致壁板在面內(nèi)熱應(yīng)力作用下發(fā)生指向金屬側(cè)的熱屈曲變形.超聲速氣流中壁板熱屈曲變形最大的位置隨氣流速壓增大向下游推移,并伴隨屈曲變形量的減小.熱過屈曲壁板的幾何非線性效應(yīng)會提高壁板的顫振邊界,這種影響在高溫、低無量綱速壓且壁板發(fā)生大撓度熱屈曲變形時(shí)表現(xiàn)顯著.較高無量綱氣流速壓下由于壁板的熱屈曲變形被氣動(dòng)力限定在小撓度范圍,幾何非線性效應(yīng)不明顯.
[Abstract]:The macro-physical properties of the functionally graded materials vary continuously with the space position, which can reduce the mismatch factors of the interfacial properties of the bonding sites of the materials with different components. Functionally gradient panels are used as thermal protection structures for high-speed aircraft, which can effectively eliminate the thermal stress concentration in the panels caused by aerodynamic heating. In this paper, the Aeroelastic flutter boundary of functionally graded panels is analyzed by considering the geometric nonlinearity of the structure introduced by thermal post-buckling deformation. Based on the distribution hypothesis of power function materials, the equivalent mechanical properties of functionally graded materials are calculated by the law of mixing. Based on the first-order shear deformation plate theory, the von Carmen strain-displacement relationship and the first-order piston theory, the nonlinear Aeroelastic finite element equations for the thermal functionally gradient panels in supersonic flow are established based on the virtual work principle. Newton-Raphson iterative method is used to numerically solve the thermal buckling deformation of panels, and the mechanism of the influence of supersonic flow on thermal buckling deformation is analyzed. The dynamic stability is analyzed at the static equilibrium position of the thermal post-buckling of the panel, and the flutter boundary of the panel is determined. The results show that when the ceramic-metal functionally graded wall material is distributed along the thickness direction, the symmetry of the structure will be destroyed and the thermal buckling deformation of the wall plate pointing to the metal side will occur under the action of in-plane thermal stress. The maximum position of the thermal buckling deformation of the wall plate in supersonic flow moves downstream with the increase of the airflow pressure and decreases with the decrease of the buckling deformation. The geometric nonlinear effect of thermal post-buckling panels can improve the flutter boundary of the panels, which is significant at high temperature, low dimensionless fast pressure and large deflection thermal buckling deformation of the panels. Because the thermal buckling deformation of the panel is limited to a small deflection range by aerodynamic force at higher dimensionless gas velocity pressure, the geometric nonlinear effect is not obvious.
【作者單位】： 西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(11302162) 高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20110201120023) 陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(2013JQ1005)資助項(xiàng)目
【分類號】：O341

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本文編號：2430396