脉动压力环境下飞行器结构响应及裂纹扩展问题研究

摘要

飞行器在超音速飞行时受到的脉动压力是典型的随机面激励，长期处于这种脉动压力环境下将可能诱导飞行器结构产生剧烈的振动响应，导致飞行器结构的破坏。为了保证飞行器结构的正常工作，研究脉动压力环境下飞行器结构的随机响应及相关裂纹扩展问题是非常有必要的。
　　本文介绍了飞行器结构的基本脉动压力环境，根据经验公式计算了脉动压力环境下飞行器结构的三个统计参数。研究了简支梁、板结构在不同空间相关性下的随机响应问题，依据波动理论提出了相应的有限元网格划分准则，对不同网格密度下结构随机响应的有限元仿真解与数值解进行了对比分析。
　　采用MSC.Patran/Nastran大型有限元分析软件对双锥柱体飞行器结构进行随机响应分析，对多工况问题的随机响应分析步骤及注意事项做出解释。对不同空间相关性下结构的随机响应问题进行了对比分析，得到了飞行器结构的加速度功率谱密度和均方根值。计算结果证明，在进行随机响应分析时，载荷的空间相关性作用对结构响应影响较大。
　　最后，采用扩展有限元法（XFEM）研究了含多个初始裂纹简支梁结构的裂纹扩展问题。模拟了该结构在随机激励下的裂纹扩展时间和扩展方式。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 飞行器脉动压力环境介绍

2.1 脉动压力的基本环境

2.2 附体流的脉动压力环境

2.3 飞行器结构脉动压力环境的算例

第三章 梁、板结构脉动压力环境下的随机响应分析

3.1 随机振动基本理论

3.2 脉动压力作用下简支梁结构的随机响应分析

3.3 脉动压力作用下简支板结构的随机响应分析

3.4 基于波动理论的有限元网格划分准则

3.5 小结

第四章 飞行器结构脉动压力环境下的随机响应分析

4.1 双锥柱体飞行器结构的模态分析

4.2 多工况问题的随机响应分析步骤

4.3 双锥柱体飞行器结构的随机响应分析

4.4 不同空间相关性下飞行器结构的随机响应分析

4.5 小结

第五章 随机荷载下的裂纹扩展研究

5.1 断裂力学基本知识

5.2 扩展有限元法（XFEM）基本知识

5.3 含多个初始裂纹的三点弯曲梁结构裂纹扩展分析

5.4 三维简支梁结构裂纹扩展模拟

5.5 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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