叢書序 前言 第1章 高超聲速飛行器載荷環(huán)境與結構特點 1 1.1 概述 1 1.2 高超聲速飛行器氣動力/熱載荷特點 2 1.2.1 氣動力載荷預示方法 3 1.2.2 氣動熱載荷預示方法 4 1.2.3 發(fā)動機熱載荷特點 5 1.3 高超聲速飛行器噪聲載荷環(huán)境特點 6 1.3.1 氣動噪聲載荷環(huán)境特點 6 1.3.2 脈動壓力空間相關特性 16 1.3.3 發(fā)動機噪聲載荷環(huán)境特點 17 1.4 復合材料結構應用情況 18 1.4.1 復合材料防熱結構在可重復使用飛行器的應用 19 1.4.2 復合材料結構在高超聲速飛行器中的應用 22 1.5 高超聲速飛行器面臨的結構動強度問題 27 1.6 小結 29 參考文獻 29 第2章 高溫環(huán)境對典型結構模態(tài)特性的影響 31 2.1 概述 31 2.2 熱彈性力學基礎 31 2.2.1 應力?應變與溫度的關系 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 51 2.4.2 壁板熱模態(tài)計算實例 59 2.5 結構熱模態(tài)試驗研究 63 2.5.1 自由邊界下復合材料平板熱模態(tài)試驗 63 2.5.2 固支邊界下復合材料平板熱模態(tài)試驗 65 2.5.3 復合材料加筋板熱模態(tài)試驗研究 68 2.6 小結 71 參考文獻 72 第3章 高溫環(huán)境下結構動力學模型修正技術 74 3.1 概述 74 3.2 結構動力學模型修正技術研究進展 74 3.2.1 國外研究情況 74 3.2.2 國內研究情況 78 3.3 有限元模型修正方法基本理論 79 3.3.1 模態(tài)振型的預處理 79 3.3.2 模型縮聚和擴展 82 3.3.3 有限元模型與試驗結果相關性方法 87 3.3.4 結構動特性靈敏度分析方法 89 3.3.5 參數估計方法 91 3.4 復雜結構動力學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 高溫動力學模型修正方法 101 3.5.1 高溫動力學模型分層修正方法 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)境下結構動力學模型修正應用實例 113 3.6 小結 117 參考文獻 117 第4章 高超聲速飛行器結構動力學響應分析技術 120 4.1 概述 120 4.2 復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構非線性動力學方程的建立 120 4.2.2 非線性動力學方程多尺度漸近攝動分析方法 124 4.2.3 算例分析 128 4.3 熱噪聲載荷下非線性響應的數值分析方法 130 4.3.1 熱噪聲載荷下結構非線性有限元方法 130 4.3.2 熱噪聲載荷下復合材料板薄壁結構動響應規(guī)律 131 4.4 基于非線性降階方法的高效動響應分析方法 138 4.4.1 非線性降階方法的基礎理論 138 4.4.2 非線性剛度系數的計算 139 4.4.3 分析算例及試驗驗證 141 4.5 基于結構有限元/聲學邊界元的熱噪聲響應分析方法 145 4.5.1 方法概述 145 4.5.2 分析算例及試驗驗證 146 4.6 小結 148 參考文獻 148 第5章 C/SiC復合材料結構熱噪聲失效機理 150 5.1 概述 150 5.2 國內外研究現狀 150 5.2.1 國外研究現狀與進展 150 5.2.2 國內研究現狀與進展 153 5.3 復合材料結構失效檢測方法 156 5.3.1 C/SiC復合材料損傷分析及評估原則和步驟 156 5.3.2 C/SiC復合材料的典型損傷模式 156 5.3.3 基于紅外熱成像技術區(qū)分孔洞與分層損傷 163 5.3.4 基于聲發(fā)射技術的損傷在線監(jiān)測方法 164 5.3.5 適用于噪聲試驗現場評估的紅外熱波無損檢測方法 168 5.3.6 分析方法總結 175 5.4 復合材料結構微觀失效模式 176 5.4.1 C/SiC 復合材料的組成與結構 176 5.4.2 復合材料的損傷模式 177 5.4.3 平紋編織復合材料典型載荷作用下的破壞模式 179 5.4.4 緞紋編織復合材料典型載荷作用下的破壞模式 186 5.5 復合材料薄壁結構熱噪聲失效機理 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 噪聲損傷機理 202 5.6 小結 208 參考文獻 209 第6章 高溫環(huán)境下結構動響應先進測試技術 211 6.1 概述 211 6.2 強輻射背景下溫度測試技術 212 6.2.1 熱電偶測量 212 6.2.2 紅外測溫儀測量 216 6.3 高溫環(huán)境下動態(tài)變形/應變測試技術 226 6.3.1 電阻應變片 226 6.3.2 數字圖像相關方法 233 6.4 高溫振動測試技術 240 6.4.1 高溫振動測量方法 240 6.4.2 激光測振儀在熱噪聲試驗的應用 243 6.5 高溫噪聲測試技術 246 6.5.1 常溫環(huán)境下噪聲測試技術 246 6.5.2 高溫環(huán)境下噪聲測試技術 248 6.6 小結 253 參考文獻 253 第7章 薄壁結構熱噪聲復合環(huán)境試驗技術 256 7.1 概述 256 7.2 熱噪聲試驗技術發(fā)展歷程 257 7.3 熱噪聲試驗系統(tǒng)及其性能 258 7.3.1 德國IABG熱噪聲試驗系統(tǒng) 258 7.3.2 AFRL熱噪聲試驗系統(tǒng) 260 7.3.3 NASA蘭利研究中心熱噪聲試驗系統(tǒng) 261 7.3.4 英國BAE系統(tǒng)公司熱噪聲試驗系統(tǒng) 262 7.3.5 熱噪聲試驗系統(tǒng)性能對比 263 7.4 熱噪聲復合環(huán)境試驗裝置 264 7.4.1 熱噪聲復合環(huán)境試驗系統(tǒng)構成 264 7.4.2 行波管內噪聲氣流速度測試 264 7.4.3 單一噪聲環(huán)境加載能力驗證 266 7.4.4 單一熱環(huán)境施加能力驗證 266 7.4.5 熱與噪聲復合環(huán)境聯合施加能力驗證 270 7.5 熱噪聲試驗熱噪聲相互影響分析 271 7.5.1 噪聲氣流對飛行器結構溫度場分布影響 271 7.5.2 輻射加熱對噪聲場特性影響研究 274 7.6 典型復合薄壁結構試驗實例 275 7.6.1 噪聲激勵典型壁板動響應及失效試驗 275 7.6.2 典型壁板熱噪聲激勵動響應及失效試驗 284 7.7 小結 291 參考文獻 291 第8章 基于剩余剛度和剩余強度的壽命預示方法 293 8.1 概述 293 8.1.1 剩余強度模型研究現狀 293 8.1.2 剩余剛度模型研究現狀 294 8.1.3 隨機載荷條件下結構疲勞累積損傷研究 295 8.2 復合材料薄壁結構熱噪聲疲勞破壞問題 297 8.3 C/SiC復合材料常幅疲勞試驗研究 298 8.4 復合材料薄壁結構噪聲載荷下剩余剛度模型 300 8.4.1 復合材料結構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合材料結構疲勞壽命預示方法 310 8.5 復合材料薄壁結構熱噪聲剩余強度模型 316 8.5.1 室溫環(huán)境下剩余強度演化模型 316 8.5.2 熱噪聲環(huán)境下剩余強度演化模型 325 8.6 小結 333 參考文獻 334 第9章 C/SiC復合材料結構疲勞壽命預示的跨尺度損傷力學方法 337 9.1 概述 337 9.2 C/SiC復合材料代表性體元模型 338 9.2.1 纖維束單胞力學模型 339 9.2.2 二維編織單胞力學模型 340 9.2.3 C/SiC編織復合材料本構方程 341 9.3 C/SiC復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 復合材料板單軸受力靜載損傷分析 352 9.3.3 復雜受力靜載損傷分析 354 9.4 C/SiC復合材料循環(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力及損傷演化方程 365 9.5 基于損傷力學的結構疲勞壽命預示方法 368 9.5.1 預示結構疲勞壽命的解析法 368 9.5.2 預示結構疲勞壽命的損傷力學有限元方法 368 9.6 小結 372 參考文獻 373 第10 章 高超聲速飛行器結構動強度設計 374 10.1 概述 374 10.2 先進復合材料結構的性能特點 375 10.2.1 比強度和比模量 375 10.2.2 各向異性和可設計性 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 影響先進復合材料力學性能的制備技術分析 377 10.3 先進復合材料結構強度設計與驗證方法基礎 380 10.3.1 設計方法的基本步驟 380 10.3.2 “積木式”設計驗證試驗方法基礎 381 10.3.3 并行工程的設計方法 382 10.4 熱結構靜/動強度設計要求與原則 383 10.4.1 熱結構力學設計的一般性要求 383 10.4.2 熱結構的動力學設計要求 383 10.4.3 熱結構靜/動強度設計的選材要求 385 10.5 熱結構動強度設計分析原則 385 10.5.1 動強度設計分析需求與發(fā)展 385 10.5.2 結構動力學設計原則 386 10.6 高超聲速飛行器結構力學特性的阻尼設計方法 390 10.7 高超聲速飛行器結構的漸進損傷及動強度分析方法 391 10.7.1 動強度設計分析的連續(xù)損傷力學方法 391 10.7.2 動強度設計分析的多尺度分析方法 392 10.7.3 連接結構的結構損傷分析方法 392 10.7.4 熱結構研制路線及動強度相關設計流程 393 10.8 小結 395 參考文獻 396 彩圖 397