声载荷作用下高温薄壁结构响应特性分析.pdf

2010年10月 沈阳航空工业学院学报 Oct．2010 of InstituteofAeronautical V01．27No．5 第27卷第5期 Journal Shenyang Engineering 文章编号：1007—1385(2010)05—0023—06 ， 声载荷作用下高温薄壁结构响应特性分析 李纪永沙云东唐金张振 (沈阳航空航天大学辽宁省数字化工艺仿真与实验技术重点实验窒，辽宁沈阳110136) 摘要：先进的航空航天器表面结构暴露在严酷的-T作载荷环境中，包括复杂的机械力载荷、压 力载荷、声载荷和热载荷等，航空航天器表面结构可简化为簿壁结构，在复合载荷作用下结构以 非线性方式响应，呈现出复杂的响应特性。首先以热弹性力学、板壳理论及结构稳定性原理为基 础，建立热及噪声载荷联合作用下薄壁板运动模态方程，讨论r薄壁结构跳变响应的机理，进而 运用等价线性化方法求解模态方程，在此基础上分析了热及噪声载荷对薄擘结构屈曲的影响，进 而探讨了热及噪声载荷作用下薄壁结构的非线性响应统计特性。计算了四边简支高温钛合金薄 板在声载荷下四个关键点处的均方应变，为进一步开展薄壁结构声疲劳寿命估算和强度设计奠 定了基础。 关键词：薄壁结构；大挠度非线性；热屈曲；跳变响应 中图分类号：V215；V232．6 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1007—1385．2010．05．006 航空航天飞行器上为减轻重量，大量采用薄 度范围内的位移及应变均方响应特性。 壁结构，如导弹的翼面、弹头，航空发动机燃烧室 1 薄壁板结构大挠度运动控制方程 火焰筒，隔热防振屏等，在工作时承受着热载荷、 强噪声载荷和机械力载荷所产生的高频振动应 依据薄板稳定性理论，薄板大挠度振动方程 力，长期暴露在高温强噪声环境下会引起结构材 可表示为： 料强度的改变、弹性模量的改变、非线性特性的恶 D74彬+墨V 化和疲劳特性的改变，载荷对结构的复杂影响导 2鸭=巩，磐+Nyy0d2．y竺w+ 致实验难以模拟其复杂热／结构边界条件，由于薄 壁结构在高温强噪声复合环境下响应体现为非线 2％翥+R (1) 性特性…，因而求解单由度模型在热噪声励下的 相应的形变协调方程为： 响应，也会遇到不可逾越的数学障碍L2J。飞行器 v4F+E“V 2他=一冬}￡(加，埘) (2) 壁板结构在强噪声及高温作用下的动态响应分析 公式(1)，公式(2)即为冯卡门大挠度微分方程。 有两种典型的方式悼j，第一种用简单的模型和可 靠的近似手段把问题简化成相应的随机振动问 式中0为温升，0=T一％，(％为环境温度)，No ，车 题旧。61；第二种方式是建立有限元模型，利用蒙特 =hO，Mo=l。。Ozdz，为温度弯矩的折算值，F为 卡洛法、降价法等处理有限元方程qj。本文采 用第一种方法，建立单自由度模型，利用等价线性 Ai哆应力函数，Nxx=0a2，F2，％=a以2_FF2，％=c『， cl石 化方程处理模态方程，分析比较了热载荷及声载 荷对结构的贡献，并提供结构