飞行器热防护结构宽频声振响应及疲劳寿命分析方法研究

批准号:
11772322
项目类别:
面上项目
资助金额:
68.0 万元
负责人:
陈海波
依托单位:
学科分类:
A0813.计算固体力学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
操小龙、王昆、孙文娟、赵文畅、袁金龙、王杰、钟强、胡婉璐、岑益鹏
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中文摘要
热防护系统(TPS)是保证跨大气层高超飞行器安全飞行的基础,其中盖板式TPS以其突出优点而成为该领域的一个研究热点,但是针对其在宽频噪声激励(10Hz~10KHz)下的声振耦合分析以及疲劳预报却鲜有报道。本项目以典型盖板式热防护结构为研究对象,在低频段开展基于有限元(FEM)与快速多极边界元(FMBEM)耦合的声振耦合分析高效算法研究,在中高频段开展基于模态重叠因子频段精细划分的多混合模型建模方法和基于SEA-Hybrid EFEM的嵌套算法研究,同时发展宽频噪声激励下结构的疲劳寿命分析方法。经过有代表性的实验验证和模型修正,最终建立一套针对宽频激励下盖板式TPS结构的集FEM、FMBEM、SEA、EFEM等方法为一体的声振环境预示及疲劳寿命预报分析方法,为可重复使用高超飞行器的TPS设计提供技术基础。
英文摘要
The thermal protection system (TPS) plays a key role in the design of transatmospheric hypersonic vehicles. Among various TPSs, the shingle TPS has been a hotspot due to its outstanding behaviors, but few researchers have conducted the structural-acoustic analysis and fatigue life prediction of the shingle TPS under wideband acoustic excitations (10Hz~10KHz). In this project, a typical shingle TPS structure is taken as the object for study. Firstly, in the low frequency range, efforts will be focused on the more efficient algorithm of structural-acoustic analysis based on the coupling of the finite element method(FEM)and the fast multipole boundary element method (FMBEM). Secondly, within the middle and high frequency ranges, the modelling treatments will be investigated in detail for the multi-hybrid model based on the modal overlap factor with fine partition of frequency bands, and a nested algorithm for vibro-acoustic response analysis using the Statistical Energy Analysis (SEA) and Hybrid energy finite element method (Hybrid EFEM) will be established. Thirdly, a fatigue life estimation procedure will be developed for structures under wideband acoustic excitations. After a series of typical experimental validation and model refinement, a set of solving algorithms which integrate the FEM, FMBEM, SEA and EFEM will be established for the vibro-acoustic response analysis and fatigue life prediction for complicated shingle TPS structures under wideband acoustic excitations. The developed algorithms are expected to provide a solid foundation for the TPS vibro-acoustic analysis of the reusable hypersonic vehicles.
热防护系统(TPS)是保证跨大气层高超飞行器安全飞行的基础,其中盖板式TPS以其突出优点而成为该领域的一个研究热点,但是针对其在宽频噪声激励(10Hz~10KHz)下的声振耦合分析以及疲劳预报却鲜有报道。本项目以典型盖板式热防护结构为研究对象,在低频段开展基于边界元的声学响应分析和结构优化,发展了基于NURBS和细分曲面的声学等几何边界元,采用宽频快速多极算法加速求解,推导了灵敏度分析的伴随变量法,在此基础上,进行了结构优化算法研究,分别进行了形状优化、拓扑优化和联合优化。进而,开展了有限元(FEM)与快速多极边界元(FMBEM)耦合的声振高效分析算法研究,提出FEM-FMBEM强耦合系统高效分析和拓扑优化算法,为耦合系统优化设计提供了有效手段。在中高频段开展基于模态重叠因子频段精细划分的多混合模型建模方法,基于SEA并引入应力集中因子对结构宽频范围内的声振响应及应力水平进行预估。同时,基于波法对典型梁板壳及耦合结构的传递特性进行了理论分析,进而将能量辐射传递法(RETM)由各向同性材料结构的分析拓展到各向异性梁板结构的高频响应分析。最终建立一套针对宽频激励下盖板式TPS结构的集FEM、FMBEM、统计能量分析(SEA)、RETM等方法为一体的声振响应预示及疲劳寿命预报分析方法,为可重复使用高超飞行器的TPS设计提供技术基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0432
发表时间:2019
期刊:工程力学
影响因子:--
作者:乔扬;陈海波;许泽银;王磊
通讯作者:王磊
DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2020.17.004
发表时间:2020
期刊:振动与冲击
影响因子:--
作者:胡婉璐;陈海波;钟强
通讯作者:钟强
Structural shape optimization of three dimensional acoustic problems with isogeometric boundary element methods
等几何边界元法三维声学问题的结构形状优化
DOI:10.1016/j.cma.2019.06.012
发表时间:2019-10
期刊:Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
影响因子:7.2
作者:Chen L L;Lian H;Liu Z;Chen H B;Atroshchenko E;Bordas S P A
通讯作者:Bordas S P A
DOI://doi.org/10.1016/j.jsv.2021.115947
发表时间:2021
期刊:Journal of Sound and Vibration
影响因子:--
作者:Qiang Zhong;Haibo Chen;Alain Le Bot
通讯作者:Alain Le Bot
Topology optimization of exterior acoustic-structure interaction systems using the coupled FEM-BEM method
使用耦合 FEM-BEM 方法对外部声-结构相互作用系统进行拓扑优化
DOI:10.1002/nme.6055
发表时间:2019
期刊:International Journal for Numerical Methods in Engineering
影响因子:2.9
作者:Wenchang Zhao;Leilei Chen;Haibo Chen;Steffen Marburg
通讯作者:Steffen Marburg
基于等几何FEM-BEM的声振系统微结构拓扑优化方法研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:61万元
- 批准年份:2021
- 负责人:陈海波
- 依托单位:
FMBEM敏感度分析及声屏障结构优化算法研究
- 批准号:11172291
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:陈海波
- 依托单位:
Glidcop受同步辐射高热负载的疲劳失效机理研究
- 批准号:10975130
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:40.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:陈海波
- 依托单位:
固体和结构力学中的误差控制自适应边界元法
- 批准号:10102019
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:6.0万元
- 批准年份:2001
- 负责人:陈海波
- 依托单位:
国内基金
海外基金
