《氣動-熱誘發的功能梯度圓柱殼顫振回響》是依託西安交通大學，由夏巍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：氣動-熱誘發的功能梯度圓柱殼顫振回響
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：夏巍
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
功能梯度材料在未來高速飛行器的熱防護系統中有廣闊的套用前景，功能梯度圓柱殼用做熱防護系統的外層結構，可兼顧隔熱和承載的雙重功能。但由於服役環境極端嚴酷，氣動-熱可誘發功能梯度圓柱殼的靜力失穩（屈曲）和動力失穩（顫振），其中幾何非線性的顫振回響問題嚴重影響結構的服役性能和疲勞壽命。本項目採用變物性傳熱理論和混合傳熱模型建立功能梯度圓柱殼的非線性熱傳導方程，採用Mori-Tanaka方法、von Karman-Donnell非線性應變-位移關係、Love殼理論、帶有曲率修正的超聲速活塞理論建立功能梯度圓柱殼的氣動-熱-彈性模型，研究氣動-熱誘發的功能梯度圓柱殼非線性顫振回響行為，揭示超聲速流高溫環境中功能梯度圓柱殼的力-熱耦合機理。通過項目研究，能夠從防顫振設計角度提出可用於指導工程實踐的功能梯度圓柱殼的結構設計原則，對未來高速飛行器的熱防護系統設計及學科自身發展都具有重要意義。
結題摘要
功能梯度材料在未來高速飛行器的熱防護系統中有廣闊的套用前景，功能梯度圓柱殼用做熱防護系統的外層結構，可以兼顧隔熱和承載的雙重功能。項目針對高速飛行器極端嚴酷的力-熱服役環境，研究氣動-熱誘發的功能梯度壁板靜力失穩（屈曲）和動力失穩（顫振）行為，重點討論力-熱環境和結構設計對壁板非線性顫振回響的影響規律。取得的重要結果和關鍵數據如下：（1）建立了考慮結構大變形、材料非均質和溫度相關的功能梯度壁板氣動-熱-彈性力學模型。計算結果表明，超聲速氣流中功能梯度壁板的熱屈曲變形不再關於中軸線對稱，最大變形位置向順氣流下游推移，變形幅值隨著氣流速壓增大而降低。（2）發展了功能梯度壁板氣動-熱-彈性有限元方程的模型降維技術，基於數值+解析的求解方法，可以對任意幾何形狀、邊界條件、材料分布和溫度分布的功能梯度壁板求解熱屈曲平衡點，並在此基礎上確定後屈曲壁板的顫振臨界條件。發現後屈曲壁板可同時具有多個局域漸近穩定的平衡點，初始擾動（變形或速度）會影響動態回響的收斂方向，進而影響壁板的全局穩定性。（3）溫度較高時功能梯度壁板的極限環顫振會很快演化為混沌顫振。這時壁板振動回響的幅值較大、頻率成分複雜，對結構疲勞壽命有不利影響。同時發現受熱功能梯度壁板在氣流速壓低於Hopf分岔臨界速壓時可發生“二次失穩”顫振。對應於工程實踐，意味著超聲速航空器在高空飛行或者太空飛行器在發射和再入大氣層的過程中，因氣動加熱顯著，會在動壓很小的情況下（低超聲速或高空狀態）發生壁板顫振。通過項目研究，從防顫振設計角度提出了可用於指導工程實踐的功能梯度壁板的結構設計原則，對未來高速飛行器的熱防護系統設計及學科自身發展都具有重要意義。
