[发明专利]一种消除点阵夹芯板结构热屈曲及抑制非线性颤振的方法

说明书

一种消除点阵夹芯板结构热屈曲及抑制非线性颤振的方法。本发明是为了解决现有压电材料经常用于结构的颤振及热屈曲的控制存在主动刚度不能完全补偿温度变化带来的影响，还会引起结构固有频率的变化的问题。过程为：建立点阵夹芯板结构的应变‑位移关系以及本构关系；建立超声速气动力和面内热载荷所做功的表达式以及弹性基础结构的数学模型，获得点阵夹芯板动能、变形能以及弹性基础势能的表达式，建立点阵夹芯板结构的气动热弹性运动方程；基于四阶Runge‑Kutta法求解点阵夹芯板结构的气动热弹性运动方程，分析得到弹性基础对点阵夹芯板结构的气动热弹性特性的影响规律。本发明属于航空航天领域。

技术领域

本发明涉及一种消除点阵夹芯板结构热屈曲及抑制非线性颤振的方法。

背景技术

点阵夹芯结构是一种新型的层合材料结构，它具有轻质、比强度高、比刚度大、降噪及绝热等优良的特性，极其适用于未来飞行器结构的设计当中。由于飞行器结构经常会置于热防护层或阻尼带等弹性介质上，弹性介质对点阵夹芯结构的气动热弹性特性有很大的影响。因此，研究超声速气流中弹性基础点阵夹芯结构的气动热弹性问题具有重要的意义。此外，为了进一步提高未来高超声速飞行器的可靠性，使其在复杂的环境中能够稳定、安全的飞行，拥有良好的飞行特性，开展轻质点阵夹芯结构的非线性颤振控制以及气动热屈曲抑制等问题的研究，对未来高超速飞行器的设计同样具有重要的意义。

目前，传统的压电材料经常用于结构的颤振及热屈曲的控制中。由于压电材料产生的主动刚度矩阵和热刚度矩阵的形式不同，主动刚度不但不能完全补偿温度变化带来的影响，还会引起结构固有频率的变化。

发明内容

本发明是为了解决现有压电材料经常用于结构的颤振及热屈曲的控制存在主动刚度不能完全补偿温度变化带来的影响，还会引起结构固有频率的变化的问题，现提供一种消除点阵夹芯板结构热屈曲及抑制非线性颤振的方法。

本发明一种消除点阵夹芯板结构热屈曲及抑制非线性颤振的方法包括以下步骤：

步骤一：基于点阵夹芯板结构的几何变形建立点阵夹芯板结构的应变-位移关系以及本构关系；

步骤二：建立超声速气动力和面内热载荷所做功的表达式以及弹性基础结构的数学模型，获得点阵夹芯板动能、变形能以及弹性基础势能的表达式，基于Hamilton变分原理建立点阵夹芯板结构的气动热弹性运动方程；

步骤三：基于四阶Runge-Kutta法求解点阵夹芯板结构的气动热弹性运动方程，分析得到弹性基础对点阵夹芯板结构的气动热弹性特性的影响规律，当剪切层参数等于面内热载荷、弹性基础刚度矩阵等于热刚度矩阵时，即通过调节弹性基础剪切层参数的大小消除点阵夹芯板结构热屈曲及抑制非线性颤振。

有益效果：

1、本发明提供了一种利用弹性基础消除点阵夹芯板热屈曲并抑制结构非线性颤振的方法，其中温度对结构的影响可以完全被弹性基础消除。

2、本发明揭示了超声速气流中点阵夹芯板结构发生颤振及热屈曲消除的机理，分析了弹性基础对结构颤振速度及热屈曲温度的影响规律。

3、本发明利用简单的Matlab语言实现了对气动力、惯性力以及弹性力相互作用下耦合方程的求解。

4、本发明允许分析不同温度及来流速度条件下点阵夹芯板结构的气动热弹性特性，只需修改Matlab程序并运行即可获得对应参数下结构的时域响应。相对同种情况下的仿真和实验研究，本发明大大节省了仿真和实验装置设计安装的时间。

5、本发明支持快速分析包括面板纤维铺设角度、芯子杆件倾斜角度、芯子杆件半径、弹性基础参数及点阵夹芯面板厚度等多种结构参数对点阵夹芯板结构气动热弹性特性的影响。

附图说明