二维格栅夹芯圆管在高速移动内压作用下的结构响应分析及优化设计
以PDE的燃烧室（圆管）为模型，研究了二维格栅夹芯圆管在高速移动内压作用下的结构响应，同时以轻质化为目标进行了优化设计。首先采用基于单胞应变能等效均匀化方法，将二维格栅夹芯等效为连续弹性介质。其次用改进的高阶夹层壳理论（考虑了面板的剪切变形，夹芯的位移场用”2,1”-阶理论构造，考虑了夹芯的可压缩性和剪切位移）分析结构的弹性响应。然后，用3D有限元分析验证了夹芯弹性等效和高阶夹层壳理论的可行性和准确性。结果表明，对于具有均匀连续夹芯的夹层圆管，基于高阶夹层壳理论的瞬态分析模型能够精确地预测在移动冲击内压作用下结构响应。而对于具有离散格栅夹芯的夹层圆管，能精确地预测其在非移动冲击内压作用下的结构响应，而且能够比较精确地得到在移动冲击内压作用下的最大动力学方法系数，不过不能准确地得到临界速度。以轻质化为目标，以面板和夹芯的屈服和屈曲为约束条件，对结构进行优化设计。根据连续介质小变形理论，夹芯内胞壁的应力状态可由等效介质的应力状态求得。本文对三种拓扑构型（矩形、三角形和Kagome，其变形均由胞壁的拉伸或压缩控制）进行的比较。优化结果表明：具有矩形单胞的夹芯最优，单胞内的单元沿径向的层数存在一个最优值；移动速度对结构响应以及最小重量影响很大，结构设计时应该使其临界速度避开移动速度。保持内径一致，最优夹层管要比最优实壁金属管重一些。原因是：轻质化主要由面板的环向拉伸屈服控制，而不是由面板弯曲引起的轴向拉伸或压缩破坏控制。夹层结构在平板设计中的优势，在此处变得不明显。但是，考虑到热机多功能设计，轻质多孔材料在PDE燃烧室的设计中前景还是很值得期待的。
脉冲爆震发动机 二维格栅材料 夹芯圆管 弹性等效 夹层壳理论 移动荷载 优化设计
周加喜 邓子辰
西北工业大学工程力学系,西安 710072 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,大连 116024
国内会议
郑州
中文
1-18
2009-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）