本文關鍵詞：基于模態(tài)降階技術的金屬薄板在熱噪載荷作用下的非線性響應分析

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【摘要】：為了減輕結(jié)構的重量,降低飛行成本,高速飛行器采用了大量的薄壁結(jié)構,其在服役過程中要經(jīng)受諸如機械載荷、噪聲載荷以及溫度載荷等復雜的載荷。薄壁結(jié)構在高溫強噪聲環(huán)境下會產(chǎn)生復雜的應力應變狀態(tài),從而發(fā)生由幾何大變形引起的非線性響應。結(jié)構在發(fā)生非線性響應時疲勞壽命會大幅降低。在對結(jié)構進行疲勞設計時,需要首先獲取結(jié)構的非線性響應。針對結(jié)構非線性響應的傳統(tǒng)計算方法存在的局限性以及高計算成本等問題,本文研究了模態(tài)降階技術在計算結(jié)構非線性響應時的可行性。首先,本文系統(tǒng)地介紹了模態(tài)降階法的理論推導過程,針對商用有限元軟件無法直接獲取動力學控制方程中的非線性模態(tài)恢復力向量從而阻礙動力學方程求解的問題,提出了通過求解非線性模態(tài)剛度系數(shù)間接來構建降階模型的方法,并詳細地推導了非線性模態(tài)剛度系數(shù)的確定方法,從而形成了系統(tǒng)的模態(tài)降階技術的流程圖。其次,對模態(tài)降階技術實現(xiàn)的具體過程進行了詳細地介紹,這包括實現(xiàn)流程中需要的工具以及實現(xiàn)過程中需要注意的問題。再次,本文針對特定的四邊簡支薄板結(jié)構按照理論推導過程,計算得到了非線性模態(tài)剛度系數(shù),進而構建了模態(tài)降階模型。為了驗證非線性模態(tài)剛度系數(shù)的正確性以及模態(tài)降階技術在求解非線性響應時的有效性,依次對模型施加了節(jié)點集中力載荷、均布壓力載荷和正弦集中載荷,將相應的計算結(jié)果與用NASTRAN的計算結(jié)果進行對比,從而驗證了模態(tài)降階技術在計算非線性響應時的有效性。最后,計算了薄板在熱噪載荷作用下的位移響應,并討論了其隨溫度和聲壓級的變化規(guī)律。
【關鍵詞】：幾何非線性 模態(tài)降階技術 非線性恢復力 熱噪載荷
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V214
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 課題的來源及研究的背景和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析9-12
• 1.2.1 非線性動力響應的計算方法9-10
• 1.2.2 模態(tài)降階技術的發(fā)展歷程10-12
• 1.3 主要研究內(nèi)容12-14
• 第2章 模態(tài)降階技術基本原理14-24
• 2.1 引言14
• 2.2 模態(tài)降階技術的數(shù)學推導14-16
• 2.3 非線性模態(tài)剛度系數(shù)間接求解方法16-22
• 2.4 模態(tài)降階技術模型的建立22-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 第3章 模態(tài)降階技術的程序?qū)崿F(xiàn)流程24-32
• 3.1 引言24
• 3.2 程序語言及實現(xiàn)平臺24-25
• 3.3 模態(tài)降階技術實現(xiàn)的程序?qū)崿F(xiàn)流程25-31
• 3.3.1 模態(tài)分析模塊25-26
• 3.3.2 生成給定靜態(tài)位移場模塊26-27
• 3.3.3 反向靜態(tài)問題求解模塊27-29
• 3.3.4 非線性模態(tài)剛度系數(shù)求解模塊29-30
• 3.3.5 模態(tài)運動方程求解及位移轉(zhuǎn)換模塊30-31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 第4章 確定載荷作用下模態(tài)降階技術正確性驗證32-45
• 4.1 引言32
• 4.2 非線性模態(tài)剛度系數(shù)的計算及討論32-36
• 4.2.1 有限元模型32-33
• 4.2.2 非線性模態(tài)剛度系數(shù)計算33-36
• 4.3 靜載荷作用下模態(tài)降階技術驗證36-43
• 4.3.1 靜態(tài)分析中模態(tài)降階技術的理論推導36-37
• 4.3.2 靜載作用下模態(tài)降階技術驗證37-41
• 4.3.3 正弦載荷作用下結(jié)構響應的計算41-43
• 4.4 本章小結(jié)43-45
• 第5章 熱噪聲載荷下薄板非線性隨機響應計算45-54
• 5.1 引言45
• 5.2 薄板的大撓度運動控制方程45-46
• 5.3 薄板結(jié)構在熱噪聲載荷作用下的響應計算46-53
• 5.3.1 熱屈曲計算46-47
• 5.3.2 隨機聲載荷的產(chǎn)生47-48
• 5.3.3 薄板隨機響應計算48-53
• 5.4 本章小結(jié)53-54
• 結(jié)論54-56
• 參考文獻56-59
• 附錄 159-61
• 致謝61

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本文編號：1057125