文档介绍：硕士学位论文
气动加热环境下结构动态特性
及动响应分析
ANALYSIS OF DYNAMIC
CHARACTERISTICS AND RESPONSE
UNDER THE AERO-THERMAL
ENVIRONMENT
张晓蕾
哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号:TM631+.2 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学硕士学位论文
气动加热环境下结构动态特性
及动响应分析
硕士研究生: 张晓蕾
导师:于开平教授
申请学位:工学硕士
学科、专业:一般力学与力学基础
所在单位:航天学院航天工程与力学系
答辩日期:2011 年 6 月 24 日
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:TM631+.2
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
ANALYSIS OF DYNAMIC
CHARACTERISTICS AND RESPONSE
UNDER THE AERO-THERMAL
ENVIRONMENT
Candidate: Zhang Xiaolei
Supervisor: Prof. Yu Kaiping
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: General Mechanics and
Foundation of Mechanics
Affiliation: Department of Aerospace
Engineering and Mechanics,
School of Astronautics
Date of Defence: June, 24th,2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
本文主要对高速飞行器结构在气动加热环境下的动态特性及动响应进行了研
究。随着高超声速飞行器技术的发展,飞行任务的气动热环境更加恶劣,飞行器
结构受热环境的影响也越来越大。因此对结构热环境下动态特性的研究也日益迫
切。
首先,文章介绍了梁板结构关于热-结构非耦合振动的理论,并给出了解析解
的求解过程。在此基础上推导了一种求解存在热应力情况下结构附加刚度矩阵的
求法。基于此,结构热环境下的动响应问题得以用有限元方法求解。通过对梁结
构热振动理论解的扩展,得出用有限元方法求解结构热振动问题必须采用体单元。
其次,将用温度梯度引起的热应力作为预载荷求解结构刚度矩阵,及用非线性求
解方法将整个过程分为多个载荷增量步,再基于每步多次迭代求解结构热问题两
种方法应用到相同的结构中,分别得出两者的优缺点。另外,文中对典型 TPS 结
构在热环境下进行了随机响应分析。最后,本文对复杂结构模型简化及有限元建
模的难点提出了一些解决办法:适当的建立壳单元,并用 RSSCON Surf-Vol 来连
接两种不同类型的单元;固体火箭发动机药柱的建模可以采用轴线上多个集中质
量进行简化,并用一个 RBE2 单元及多个 RBE3 单元将这些集中质量按权值分配到
发动机壳体上。文中对结构在气动热环境下动态特性及动响应的研究将对实际工
程工作有一定的指导意义。
关键词:动态特性,温度梯度,气动热环境,有限元
-I-
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
This paper mainly researches on dynamic characteristics and response of
high-speed spacecraft structures under aero-thermal environment. With the development
of hypersonic technology and the deterioration of the task environment, the influence of
thermal environment on the spacecraft structures es mo