本文選題：線性時變結(jié)構(gòu) + 動響應(yīng)數(shù)值算法��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：高超聲速飛行器在大氣中高速飛行時會經(jīng)受嚴(yán)酷的氣動力載荷和氣動熱載荷的作用。氣動加熱會引起飛行器結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼隨時間發(fā)生變化,同時燃料快速燃燒會導(dǎo)致飛行器結(jié)構(gòu)的質(zhì)量隨時間發(fā)生變化。這些時變特性不僅導(dǎo)致飛行器結(jié)構(gòu)固有特性發(fā)生改變,有時還可能是導(dǎo)致飛行器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大幅振動的主要原因。因此,精確地預(yù)示時變結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)具有重要的意義。此外,高超聲速飛行器的熱防護結(jié)構(gòu)通常采用復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)。氣動力載荷會引起復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)的振動,而氣動熱載荷會引起熱彈性應(yīng)力并且改變材料的力學(xué)性能,進而將會進一步影響這些結(jié)構(gòu)的振動特性和振動響應(yīng),最終將會影響飛行器的性能甚至可能會導(dǎo)致飛行任務(wù)失敗。因此,精確地預(yù)示熱環(huán)境下復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)的振動特性和振動響應(yīng)亦是亟待開展的研究任務(wù)。本文總結(jié)了線性時變結(jié)構(gòu)動響應(yīng)數(shù)值算法及復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)熱振分析的研究進展,在發(fā)展高效高精度的線性時變結(jié)構(gòu)動響應(yīng)數(shù)值算法和熱環(huán)境下復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)建模方法上開展了相關(guān)的研究工作。主要研究內(nèi)容如下:(1)以變質(zhì)量質(zhì)點基本動力學(xué)方程為基礎(chǔ),推導(dǎo)適用于以任意速度釋放或吸收質(zhì)量的變質(zhì)量系統(tǒng)的原始形式和混合形式變質(zhì)量系統(tǒng)哈密頓定律;利用由變質(zhì)量系統(tǒng)哈密頓定律簡化得到的變質(zhì)量系統(tǒng)哈密頓原理推導(dǎo)具有任意時變參數(shù)的線性時變結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方程;(2)以原始形式變質(zhì)量系統(tǒng)哈密頓定律為基礎(chǔ),通過利用埃爾米特插值和線性插值對時變參數(shù)進行近似來發(fā)展有條件穩(wěn)定高階精度的線性時變結(jié)構(gòu)時間有限元算法;通過理論分析方法對與這些算法相對應(yīng)的線性時不變結(jié)構(gòu)時間有限元算法進行相容性和穩(wěn)定性分析;通過數(shù)值仿真方法對線性時變結(jié)構(gòu)時間有限元算法的有效性和精確性進行驗證和評估;(3)以混合形式變質(zhì)量系統(tǒng)哈密頓定律為基礎(chǔ),通過利用拉格朗日插值對時變參數(shù)進行近似來發(fā)展出了兩種無條件穩(wěn)定高階精度的線性時變結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)時間有限元算法;通過理論分析方法對與這些算法相對應(yīng)的線性時不變結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)時間有限元算法進行了相容性和穩(wěn)定性分析;通過數(shù)值仿真方法對線性時變結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)時間有限元算法的有效性和精確性進行了驗證和評估;(4)將線性時變結(jié)構(gòu)Newmark算法與多重多級子結(jié)構(gòu)方法相結(jié)合發(fā)展一種高效的線性時變結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)分析方法;通過理論分析方法研究該瞬態(tài)響應(yīng)分析方法的計算精度和計算效率;通過數(shù)值仿真方法對該瞬態(tài)響應(yīng)分析方法的計算精度和計算效率進行驗證和評估;(5)通過整合分層模型和等效單層模型的優(yōu)勢,提出復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)分段剪切變形模型;基于該模型發(fā)展出一種可用于熱環(huán)境下復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)振動分析的C0連續(xù)四節(jié)點四邊形分段剪切變形板單元;基于統(tǒng)一框架同時推導(dǎo)出熱環(huán)境下復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)和動力學(xué)方程;通過數(shù)值仿真方法對分段剪切變形模型和四邊形板單元的精確性和有效性進行驗證和評估;(6)將基于分段剪切變形模型的復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)有限元模型與基于混合形式變質(zhì)量系統(tǒng)哈密頓定律的線性時變結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)時間有限元算法相結(jié)合對瞬態(tài)均勻熱環(huán)境下復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)進行了瞬態(tài)熱振分析。
[Abstract]:Based on Hamilton ' s law of variable mass system , the paper summarizes the research progress of the linear time - varying structure time finite element algorithm with variable mass system .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V214.8;O241.82
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本文編號：1950431