叢書(shū)序 前言 第1章 高超聲速飛行器載荷環(huán)境與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 1.1 概述 1 1.2 高超聲速飛行器氣動(dòng)力/熱載荷特點(diǎn) 2 1.2.1 氣動(dòng)力載荷預(yù)示方法 3 1.2.2 氣動(dòng)熱載荷預(yù)示方法 4 1.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)熱載荷特點(diǎn) 5 1.3 高超聲速飛行器噪聲載荷環(huán)境特點(diǎn) 6 1.3.1 氣動(dòng)噪聲載荷環(huán)境特點(diǎn) 6 1.3.2 脈動(dòng)壓力空間相關(guān)特性 16 1.3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲載荷環(huán)境特點(diǎn) 17 1.4 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況 18 1.4.1 復(fù)合材料防熱結(jié)構(gòu)在可重復(fù)使用飛行器的應(yīng)用 19 1.4.2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在高超聲速飛行器中的應(yīng)用 22 1.5 高超聲速飛行器面臨的結(jié)構(gòu)動(dòng)強(qiáng)度問(wèn)題 27 1.6 小結(jié) 29 參考文獻(xiàn) 29 第2章 高溫環(huán)境對(duì)典型結(jié)構(gòu)模態(tài)特性的影響 31 2.1 概述 31 2.2 熱彈性力學(xué)基礎(chǔ) 31 2.2.1 應(yīng)力?應(yīng)變與溫度的關(guān)系 32 2.2.2 能量守恒方程 34 2.2.3 熱屈曲 36 2.3 考慮熱效應(yīng)的壁板模態(tài)特性理論分析 39 2.3.1 加筋板理論模型 40 2.3.2 加筋板算例 48 2.4 壁板熱模態(tài)分析的有限元法 50 2.4.1 有限元法的原理與推導(dǎo) 51 2.4.2 壁板熱模態(tài)計(jì)算實(shí)例 59 2.5 結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗(yàn)研究 63 2.5.1 自由邊界下復(fù)合材料平板熱模態(tài)試驗(yàn) 63 2.5.2 固支邊界下復(fù)合材料平板熱模態(tài)試驗(yàn) 65 2.5.3 復(fù)合材料加筋板熱模態(tài)試驗(yàn)研究 68 2.6 小結(jié) 71 參考文獻(xiàn) 72 第3章 高溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型修正技術(shù) 74 3.1 概述 74 3.2 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型修正技術(shù)研究進(jìn)展 74 3.2.1 國(guó)外研究情況 74 3.2.2 國(guó)內(nèi)研究情況 78 3.3 有限元模型修正方法基本理論 79 3.3.1 模態(tài)振型的預(yù)處理 79 3.3.2 模型縮聚和擴(kuò)展 82 3.3.3 有限元模型與試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性方法 87 3.3.4 結(jié)構(gòu)動(dòng)特性靈敏度分析方法 89 3.3.5 參數(shù)估計(jì)方法 91 3.4 復(fù)雜結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型檢查與誤差定位方法 92 3.4.1 模型規(guī)范化與模型檢查 92 3.4.2 誤差定位方法 94 3.5 高溫動(dòng)力學(xué)模型修正方法 101 3.5.1 高溫動(dòng)力學(xué)模型分層修正方法 103 3.5.2 基于代理模型的模型修正方法 103 3.5.3 高溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型修正應(yīng)用實(shí)例 113 3.6 小結(jié) 117 參考文獻(xiàn) 117 第4章 高超聲速飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析技術(shù) 120 4.1 概述 120 4.2 復(fù)合材料平板熱噪聲非線性解析分析方法 120 4.2.1 熱噪聲載荷下的壁板結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力學(xué)方程的建立 120 4.2.2 非線性動(dòng)力學(xué)方程多尺度漸近攝動(dòng)分析方法 124 4.2.3 算例分析 128 4.3 熱噪聲載荷下非線性響應(yīng)的數(shù)值分析方法 130 4.3.1 熱噪聲載荷下結(jié)構(gòu)非線性有限元方法 130 4.3.2 熱噪聲載荷下復(fù)合材料板薄壁結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)規(guī)律 131 4.4 基于非線性降階方法的高效動(dòng)響應(yīng)分析方法 138 4.4.1 非線性降階方法的基礎(chǔ)理論 138 4.4.2 非線性剛度系數(shù)的計(jì)算 139 4.4.3 分析算例及試驗(yàn)驗(yàn)證 141 4.5 基于結(jié)構(gòu)有限元/聲學(xué)邊界元的熱噪聲響應(yīng)分析方法 145 4.5.1 方法概述 145 4.5.2 分析算例及試驗(yàn)驗(yàn)證 146 4.6 小結(jié) 148 參考文獻(xiàn) 148 第5章 C/SiC復(fù)合材料結(jié)構(gòu)熱噪聲失效機(jī)理 150 5.1 概述 150 5.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 150 5.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展 150 5.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與進(jìn)展 153 5.3 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)失效檢測(cè)方法 156 5.3.1 C/SiC復(fù)合材料損傷分析及評(píng)估原則和步驟 156 5.3.2 C/SiC復(fù)合材料的典型損傷模式 156 5.3.3 基于紅外熱成像技術(shù)區(qū)分孔洞與分層損傷 163 5.3.4 基于聲發(fā)射技術(shù)的損傷在線監(jiān)測(cè)方法 164 5.3.5 適用于噪聲試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估的紅外熱波無(wú)損檢測(cè)方法 168 5.3.6 分析方法總結(jié) 175 5.4 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)微觀失效模式 176 5.4.1 C/SiC 復(fù)合材料的組成與結(jié)構(gòu) 176 5.4.2 復(fù)合材料的損傷模式 177 5.4.3 平紋編織復(fù)合材料典型載荷作用下的破壞模式 179 5.4.4 緞紋編織復(fù)合材料典型載荷作用下的破壞模式 186 5.5 復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)熱噪聲失效機(jī)理 193 5.5.1 噪聲損傷形貌分析 193 5.5.2 熱噪聲損傷形貌分析 196 5.5.3 噪聲損傷機(jī)理 202 5.6 小結(jié) 208 參考文獻(xiàn) 209 第6章 高溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)先進(jìn)測(cè)試技術(shù) 211 6.1 概述 211 6.2 強(qiáng)輻射背景下溫度測(cè)試技術(shù) 212 6.2.1 熱電偶測(cè)量 212 6.2.2 紅外測(cè)溫儀測(cè)量 216 6.3 高溫環(huán)境下動(dòng)態(tài)變形/應(yīng)變測(cè)試技術(shù) 226 6.3.1 電阻應(yīng)變片 226 6.3.2 數(shù)字圖像相關(guān)方法 233 6.4 高溫振動(dòng)測(cè)試技術(shù) 240 6.4.1 高溫振動(dòng)測(cè)量方法 240 6.4.2 激光測(cè)振儀在熱噪聲試驗(yàn)的應(yīng)用 243 6.5 高溫噪聲測(cè)試技術(shù) 246 6.5.1 常溫環(huán)境下噪聲測(cè)試技術(shù) 246 6.5.2 高溫環(huán)境下噪聲測(cè)試技術(shù) 248 6.6 小結(jié) 253 參考文獻(xiàn) 253 第7章 薄壁結(jié)構(gòu)熱噪聲復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)技術(shù) 256 7.1 概述 256 7.2 熱噪聲試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展歷程 257 7.3 熱噪聲試驗(yàn)系統(tǒng)及其性能 258 7.3.1 德國(guó)IABG熱噪聲試驗(yàn)系統(tǒng) 258 7.3.2 AFRL熱噪聲試驗(yàn)系統(tǒng) 260 7.3.3 NASA蘭利研究中心熱噪聲試驗(yàn)系統(tǒng) 261 7.3.4 英國(guó)BAE系統(tǒng)公司熱噪聲試驗(yàn)系統(tǒng) 262 7.3.5 熱噪聲試驗(yàn)系統(tǒng)性能對(duì)比 263 7.4 熱噪聲復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)裝置 264 7.4.1 熱噪聲復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成 264 7.4.2 行波管內(nèi)噪聲氣流速度測(cè)試 264 7.4.3 單一噪聲環(huán)境加載能力驗(yàn)證 266 7.4.4 單一熱環(huán)境施加能力驗(yàn)證 266 7.4.5 熱與噪聲復(fù)合環(huán)境聯(lián)合施加能力驗(yàn)證 270 7.5 熱噪聲試驗(yàn)熱噪聲相互影響分析 271 7.5.1 噪聲氣流對(duì)飛行器結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分布影響 271 7.5.2 輻射加熱對(duì)噪聲場(chǎng)特性影響研究 274 7.6 典型復(fù)合薄壁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)實(shí)例 275 7.6.1 噪聲激勵(lì)典型壁板動(dòng)響應(yīng)及失效試驗(yàn) 275 7.6.2 典型壁板熱噪聲激勵(lì)動(dòng)響應(yīng)及失效試驗(yàn) 284 7.7 小結(jié) 291 參考文獻(xiàn) 291 第8章 基于剩余剛度和剩余強(qiáng)度的壽命預(yù)示方法 293 8.1 概述 293 8.1.1 剩余強(qiáng)度模型研究現(xiàn)狀 293 8.1.2 剩余剛度模型研究現(xiàn)狀 294 8.1.3 隨機(jī)載荷條件下結(jié)構(gòu)疲勞累積損傷研究 295 8.2 復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)熱噪聲疲勞破壞問(wèn)題 297 8.3 C/SiC復(fù)合材料常幅疲勞試驗(yàn)研究 298 8.4 復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)噪聲載荷下剩余剛度模型 300 8.4.1 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)噪聲載荷下剩余剛度模型研究 300 8.4.2 基于剩余剛度模型的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)示方法 310 8.5 復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)熱噪聲剩余強(qiáng)度模型 316 8.5.1 室溫環(huán)境下剩余強(qiáng)度演化模型 316 8.5.2 熱噪聲環(huán)境下剩余強(qiáng)度演化模型 325 8.6 小結(jié) 333 參考文獻(xiàn) 334 第9章 C/SiC復(fù)合材料結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)示的跨尺度損傷力學(xué)方法 337 9.1 概述 337 9.2 C/SiC復(fù)合材料代表性體元模型 338 9.2.1 纖維束單胞力學(xué)模型 339 9.2.2 二維編織單胞力學(xué)模型 340 9.2.3 C/SiC編織復(fù)合材料本構(gòu)方程 341 9.3 C/SiC復(fù)合材料靜載下的損傷分析 345 9.3.1 纖維束靜載損傷分析 348 9.3.2 復(fù)合材料板單軸受力靜載損傷分析 352 9.3.3 復(fù)雜受力靜載損傷分析 354 9.4 C/SiC復(fù)合材料循環(huán)載荷下的損傷分析 358 9.4.1 單軸受力疲勞損傷分析 358 9.4.2 多軸受力疲勞損傷分析 364 9.4.3 宏觀疲勞損傷等效應(yīng)力及損傷演化方程 365 9.5 基于損傷力學(xué)的結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)示方法 368 9.5.1 預(yù)示結(jié)構(gòu)疲勞壽命的解析法 368 9.5.2 預(yù)示結(jié)構(gòu)疲勞壽命的損傷力學(xué)有限元方法 368 9.6 小結(jié) 372 參考文獻(xiàn) 373 第10 章 高超聲速飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì) 374 10.1 概述 374 10.2 先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn) 375 10.2.1 比強(qiáng)度和比模量 375 10.2.2 各向異性和可設(shè)計(jì)性 375 10.2.3 損傷、斷裂和疲勞行為 375 10.2.4 環(huán)境影響行為 377 10.2.5 影響先進(jìn)復(fù)合材料力學(xué)性能的制備技術(shù)分析 377 10.3 先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方法基礎(chǔ) 380 10.3.1 設(shè)計(jì)方法的基本步驟 380 10.3.2 “積木式”設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)方法基礎(chǔ) 381 10.3.3 并行工程的設(shè)計(jì)方法 382 10.4 熱結(jié)構(gòu)靜/動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求與原則 383 10.4.1 熱結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)的一般性要求 383 10.4.2 熱結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)要求 383 10.4.3 熱結(jié)構(gòu)靜/動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的選材要求 385 10.5 熱結(jié)構(gòu)動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析原則 385 10.5.1 動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析需求與發(fā)展 385 10.5.2 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)原則 386 10.6 高超聲速飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的阻尼設(shè)計(jì)方法 390 10.7 高超聲速飛行器結(jié)構(gòu)的漸進(jìn)損傷及動(dòng)強(qiáng)度分析方法 391 10.7.1 動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析的連續(xù)損傷力學(xué)方法 391 10.7.2 動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析的多尺度分析方法 392 10.7.3 連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)損傷分析方法 392 10.7.4 熱結(jié)構(gòu)研制路線及動(dòng)強(qiáng)度相關(guān)設(shè)計(jì)流程 393 10.8 小結(jié) 395 參考文獻(xiàn) 396 彩圖 397