基于雙向耦合的高超聲速壁板熱氣動(dòng)彈性問(wèn)題研究.pdf

1、本文在全面回顧傳統(tǒng)熱氣動(dòng)彈性分析方法及其工程應(yīng)用的基礎(chǔ)上，采用基于氣動(dòng)熱、氣動(dòng)彈性雙向耦合的方法，對(duì)高超聲速帶熱防護(hù)層的壁板進(jìn)行了氣熱彈響應(yīng)分析。工作主要包括以下幾個(gè)方面：
　　1、建立了高超聲速流場(chǎng)的工程近似模型，采用三階活塞理論計(jì)算無(wú)粘非定常氣動(dòng)力，采用參考焓法計(jì)算可壓縮邊界層氣動(dòng)生熱。該氣動(dòng)力模型考慮了結(jié)構(gòu)變形對(duì)氣動(dòng)生熱的影響，是實(shí)現(xiàn)雙向耦合分析的關(guān)鍵。
　　2、對(duì)一塊帶熱防護(hù)層的金屬壁板，分別建立了熱傳導(dǎo)和氣動(dòng)彈性的

2、分析模型?？紤]了沿弦向和厚度方向非均勻溫度分布的影響、熱量隨時(shí)間積累效應(yīng)的影響，以及溫度對(duì)材料屬性和邊界條件的影響。通過(guò)與經(jīng)典算例的比對(duì)，驗(yàn)證了計(jì)算模型的正確性。
　　3、基于氣動(dòng)熱-氣動(dòng)彈性雙向耦合的思路，將上述建立的氣動(dòng)力、氣動(dòng)熱、熱傳導(dǎo)和氣動(dòng)彈性計(jì)算耦合起來(lái)，在Mathmatica中建立了綜合的熱氣彈模型。分析從三方面展開(kāi)：1)顫振邊界的預(yù)測(cè)；2)非線性顫振響應(yīng)；3)動(dòng)穩(wěn)定響應(yīng)。詳細(xì)考察了不同耦合方法(單向耦合與雙向耦合)對(duì)

3、熱氣彈計(jì)算精度的影響以及兩種時(shí)域簡(jiǎn)化的耦合算法(靜態(tài)耦合與時(shí)均動(dòng)態(tài)耦合)對(duì)計(jì)算效率的影響。結(jié)果表明，雙向耦合的壁板熱氣彈分析結(jié)果較單向耦合更嚴(yán)峻；采用準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)時(shí)均的時(shí)域簡(jiǎn)化算法，可以極大地提高計(jì)算效率。
　　4、結(jié)合有限元分析軟件MSC.Nastran，將雙向耦合的熱氣彈方法進(jìn)行推廣，在Isight集成平臺(tái)上建立了熱-流-固耦合計(jì)算流程。通過(guò)與自編?kù)o態(tài)熱氣彈程序的算例比對(duì)，驗(yàn)證了集成方法的可靠性。為今后將雙向耦合方法推向工程應(yīng)