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轻质热防护系统多层材料组合结构的热应力分析
  • ISSN号:1000-0887
  • 期刊名称:应用数学和力学
  • 时间:2013.7
  • 页码:742-749
  • 分类:V19[航空宇航科学与技术—人机与环境工程;航空宇航科学技术] O343.6[理学—固体力学;理学—力学]
  • 作者机构:[1]西北工业大学机电学院,工程仿真与宇航计算技术联合实验室,西安710072, [2]西北工业大学应用数学系,西安710072
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(11202164);教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20116102120021)
  • 相关项目:轻质夹芯主动冷却防护结构的热力耦合机理及优化设计研究
中文摘要:

提出了轻质热防护系统外面板使用多层结构的概念,设计了2种热防护材料组合构成的3种铺层方案.通过模拟飞行器再入大气层时受到的机械和热载荷条件,数值计算得到了层间剪切力、底部温度和Y方向位移.计算结果发现,层间剪切力发生在边缘部位且呈反对称分布;选用高热导率和高热容材料能够减少材料内的温度梯度,进而有效地降低结构的热应力和热变形;在均匀温度场情况下,两种材料的热膨胀系数之差越小,则层间剪切力越小.该研究表明不同的材料组合和铺层次序的多层结构,可以满足不同设计要求,具有优化设计潜力.

英文摘要:

A design concept of using multflayer structure for the top face-sheet of a lightweight thermal protection system was proposed. To obtain the different structural performances, three schemes were considered according to the different stacking orders of two kinds of insulation materials. With the mechanical and thermal loads during aircraft reentry considered, internal thermal stress of the multilayer structure was simulated. Details of shear stresses, temperature of the bottom surface and y-direction displacement were obtained. The results show that the shear stresses occur at the edge area, and the distributions are anti-symmetrical along the mid- line. The usage of the materials with high thermal conductivity and heat capacity can reduce the temperature gradient and then the thermal stresses and deformation. With the uniform tempera- ture field, the difference of the thermal expansion coefficients of two materials is positively re- lated with the shear stress between the two materials. It is suggested that, there is a great po- tential of optimization design for the multilayer structure through different combinations of ma- terials in different stacking orders.

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期刊信息
  • 《应用数学和力学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:重庆交通大学
  • 主办单位:重庆交通大学
  • 主编:钟万勰
  • 地址:重庆南岸区重庆交通大学90信箱
  • 邮编:400074
  • 邮箱:applmathmech@cqjtu.edu.cn
  • 电话:023-62652450
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-0887
  • 国内统一刊号:ISSN:50-1060/O3
  • 邮发代号:78-21
  • 获奖情况:
  • 国际工程索引(EI)收录期刊,我国力学类核心期刊,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国数学评论(网络版),日本日本科学技术振兴机构数据库,美国应用力学评论,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:8965