脉动压力下飞行器结构响应及相关断裂问题研究

摘要

飞行器在高速飞行中所受到的脉动压力是一种随机激励，会诱导飞行器结构产生剧烈的随机振动，将可能导致飞行器结构的振动破坏。因此，为了确保飞行器结构的稳定性及可靠性，开展飞行器结构的脉动压力响应及随机激励下的断裂研究是极为重要的。
　　本文首先总结了不同基本脉动压力环境的预示公式。从理论出发计算分析了脉动压力载荷的空间相关性对简支梁结构脉动压力响应的影响。根据波动理论，提出了在考虑载荷空间相关性的情形下，有限元网格的划分准则。
　　然后，以某锥柱体结构飞行器为例，根据预设公式计算了结构所受到的脉动压力载荷的统计参数，将脉动压力载荷的空间相关性考虑到结构的脉动压力响应的计算中，并提出了相应的计算方案，计算得到了飞行器表面的加速度响应。在此基础上，对同样的模型及载荷工况，采用传统的两种计算方案进行了计算，并与本文的计算方案进行对比分析，考察脉动压力载荷的空间相关性对结构响应的影响。
　　最后，针对飞行器结构中的典型梁结构，假设在梁结构底部的不同位置处含有初始裂纹，采用扩展有限元法（XFEM）研究梁结构在随机激励下的裂纹初始扩展角，模拟结构的断裂过程。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 飞行器脉动压力环境的描述

2.1 基本脉动压力环境

2.2 均方根脉动压力

2.3 脉动压力的功率谱密度

2.4 空间相关性

2.5 算例

2.6 小结

第三章 简支梁结构脉动压力响应分析

3.1 多输入/多输出系统随机振动响应

3.2 简支梁结构脉动压力响应理论分析

3.3 简支梁结构脉动压力响应有限元分析

3.4 小结

第四章 飞行器结构脉动压力响应分析

4.1 飞行器有限元建模

4.2 模态分析

4.3 飞行器结构脉动压力响应计算

4.4 小结

第五章 梁结构在随机激励下的断裂模拟

5.1 断裂力学相关理论

5.2 扩展有限元原理

5.3 梁结构初始裂纹扩展

5.4 三维梁结构断裂模拟

5.5 小结

第六章 总结及展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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