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沿轨道环境下防热复合材料端头结构热应力研究

专 业: 流体力学
关键词: 高超声速飞行器 热防护系统 有限元 热应力 端头结构
分类号: O35
形 态: 共 77 页 约 50,435 个字 约 2.413 M内容
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内容摘要


高超声速飞行器在大气层内飞行时,结构表面受到强烈的气动加热作用。

防热和热膨胀问题对飞行器整体设计具有重要影响。

为使飞行器内部工作在允许的温度范围内,而且结构也不会因热变形而发生破坏,热防护系统在这几十年得到了长足的发展,不断推陈出新,世界各航空航天大国在相关领域的研究工作也一直未曾间断,不断地对结构和材料进行改进以提高防热能力及飞行器性能。

先进复合材料凭借着如高比强度、高比刚度、高疲劳抗力、高阻尼以及近于零的热膨胀系数(在纤维方向)等众多优点,在航空航天等领域得到了广泛的应用,SR-71“黑鸟”就使用大量钛合金、皱褶蒙皮等复合材料,而最新发展的防热材料均属于这种有着众多优点的复合材料。

防热复合材料在工作状态下温度分布高度不均匀,其热应力问题显得特别突出,如不能正确估计结构热应力情况就对飞行器结构进行设计,极可能会出现较大的热应力或热变形,从而导致结构失效。

对一般复合材料力学性能,国内外相关研究已进行了很多,而针对航天应用领域特定结构的热响应(气动热作用下)规律认识和研究都还不够。

为了深入了解飞行器端头结构热应力分布规律,本文在研究并掌握了有限元计算热应力问题方法的基础上,建立了六面体等参元结构网格热..……

全文目录


摘要
第一章 引言
1.1 研究背景
1.2 国内外研究进展
1.2.1 复合材料力学研究进展
1.2.2 热应力研究进展
1.2.3 复合材料热应力研究进展
1.2.4 有限元法研究概况
1.3 本文研究工作
第二章 热应力问题有限元方法
2.1 热弹性理论
2.2 有限元方法
2.2.1 基本公式推导
2.2.2 单元和插值函数的构造
2.2.3 等参变换的概念和单元矩阵的变换
第三章 程序编制与校验
3.1 程序编制情况
3.2 验证算例1:长方体块受压和热膨胀问题
3.3 验证算例2:中心带园孔的无限大平板拉伸问题
3.4 验证算例3:双层空心圆筒热膨胀问题
第四章 高超声速飞行器端头结构热应力研究
4.1 单一复合材料端头结构热应力
4.1.1 计算模型与参数选择
4.1.2 应力分布规律特性
4.2 多层复合材料端头结构热应力
4.2.1 计算模型与参数选择
4.2.2 应力分布规律特性
第五章 高超声速飞行器端头结构热应力优化探索
5.1 材料优化探索
5.2 材料主轴热应力优化
5.2.1 优化模型
5.2.2 优化结果分析
5.3 进一步优化探讨
第六章 结束语
参考文献

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中图分类: > O35 > 数理科学和化学 > 力学 > 流体力学

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