功能梯度板殼結(jié)構(gòu)熱屈曲與熱彈性問題分析.pdf

1、助推滑翔戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈由于高速飛行，會(huì)面臨嚴(yán)峻的氣動(dòng)熱問題。傳統(tǒng)的燒蝕防熱材料由于防熱結(jié)構(gòu)各層界面不統(tǒng)一，在溫度較高時(shí)，各層膨脹程度不一致必然會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的熱應(yīng)力問題。功能梯度材料組成成份在內(nèi)部連續(xù)變化，使其物料參數(shù)梯度變化。這種新型復(fù)合材料消除傳統(tǒng)界面，有效緩解了熱應(yīng)力突出的問題，使得復(fù)合材料的優(yōu)勢得以更好發(fā)揮。近年來功能梯度材料的力學(xué)研究已取得重要進(jìn)展，但在工程實(shí)踐中針對功能梯度板殼結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真模型的相關(guān)工作尚待突破。
　　本文基于分

2、層法建立了功能梯度材料物理模型，將其板殼結(jié)構(gòu)劃分為不同層，不同層熱物屬性均沿著厚度方向以相關(guān)函數(shù)形式改變。在對功能梯度材料物理模型分析和簡化的基礎(chǔ)上，建立了以解析方法和數(shù)值仿真相結(jié)合的熱環(huán)境下功能梯度板殼熱彈性分析模型，并與相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證了模型可行性。以經(jīng)典常用指數(shù)型功能梯度板殼結(jié)構(gòu)為例，開展熱屈曲臨界分析，推導(dǎo)了其臨界熱屈曲溫度的計(jì)算公式，通過改變功能梯度板和圓柱殼的相對幾何尺寸，分析了其對熱屈曲溫升影響。通過對功能梯度板殼

3、結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值仿真，研究了功能梯度板的穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力分布和功能梯度圓柱殼的瞬態(tài)熱應(yīng)力分布，并分析了其影響因素。此外，將功能梯度材料熱物屬性與溫度相關(guān)性納入考慮范圍之內(nèi)，對比分析了其對熱屈曲臨界溫升和熱應(yīng)力分布的影響作用。針對助推滑翔戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈經(jīng)歷的熱環(huán)境特點(diǎn)，嘗試性提出各艙段防熱層采用功能梯度材料的防熱方案，對其進(jìn)行數(shù)值仿真，并與傳統(tǒng)燒蝕防熱方案進(jìn)行對比。
　　研究結(jié)果表明，功能梯度板殼結(jié)構(gòu)熱屈曲臨界溫升隨其相對幾何尺寸變化而變化，功能