热-声作用下弹性基础上薄板的位移和应变统计行为研究
高超声速飞行器表面通常有多层热防护结构(TPS)，由耐高温的陶瓷基复合材料薄板(CMC)粘在较厚的气凝胶隔热层上组成。采用双参数弹性基础上复合材料薄板的模型,研究了典型双层热防护系统上面板在空间均匀分布的噪声激励和非均匀分布的温度场作用下的动响应行为.基于Kirchhoff薄板假设和Von Karman方程建立了多模态动力学模型,利用静态缩聚方法和Galerkin方法推导了考虑中面拉伸和横向弯曲耦合作用下的非线性动力学方程.研究获得了薄板最大横向位移和对应的位置处上表面正应变的概率密度函数(PDF)和功率谱密度(PSD)函数.结果表明随着噪声激励水平提高,激发薄板多个模态,位移和应变的功率谱密度函数均表现出显著的非线性宽带行为,但从功率谱密度函数的变化过程中无法识别非线性跳变行为.位移和面内正应变的随噪声激励和温升变化的结果表明屈曲前薄板结构,均方根随噪声水平提高非线性单调升高.大量数值计算结果证实热过屈曲薄板结构在低声压级和高温升共同作用下,结构无跳变行为,且大热过屈曲变形和小幅值动响应之间无耦合作用,位移均方根(RMS)由热过屈曲变形主导,与噪声水平无关;随机振动标准羞(SD)由噪声激励水平决定,与温升无关,结构表现出小幅线性动响应行为.出现间歇和持续跳变可导致位移和应变统计量随噪声水平和温升出现非单调变化.跳变行为下结构应变RMS和SD均随温升近似线性升高.应变的直方图特征由位移一应变关系中线性项和二次项的共同主导,创新性的提出可采用薄板表面面内应变直方图特征识别板结构从不跳变到持续跳变动响应行为,进而提出采用面内应变直方图偏度为指标,定量表征屈曲前和屈曲后对称跳变薄板结构几何非线性的程度.
高超声速飞行器 热防护结构 复合材料薄板 噪声激励 温度场作用 动力学响应
任健 刘刘 贺体人
北京理工大学宇航学院力学系,北京100081
国内会议
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2017-10-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）