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《中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集》2010年
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热载荷下结构动力特性的优化设计

王斌  于娜  程耿东  
【摘要】:随着轻型合金和复合材料薄壁结构(梁、板、壳)在航天、交通、机械、热输送等工程领域的广泛应用,受到热载荷或热—机械载荷共同作用的这类结构的热屈曲和热振动,成为应用热弹性力学的重要新领域。例如,超音速飞行的火箭和可以重复使用的空间运载工具在发射和运行过程中必然要承受剧烈的空气动力学和声动力学意义下的热—机耦合载荷作用,要经受极低的温度(固体燃料温度和空间辐射)到极高的温度(空气动力加热、推进部分加热及太阳辐射)。所有这些因素对结构的动力响应特性、稳定性及疲劳寿命等都有显著影响。另外,在铁路路轨、水泥路面、核反应堆结构、光纤传输、热输送管道、太阳能帆板、多场耦合的智能结构等结构(构件)的设计和使用中都应考虑由于升温导致的热屈曲和热振动问题,梁、板(壳)热屈曲和热振动研究已成为现代结构分析的一个重要领域。本文研究了以热载荷作用下结构的基频及屈曲临界载荷为目标的优化问题,通过一个两端固支梁截面尺寸优化的算例表明,考虑热载荷后的结构频率优化结果与无热载荷时的不同,而且当存在热载荷时,频率目标值提高更明显,随着热载荷的增高,优化结果中的截面分布形式与以热屈曲临界温度最大化为目标的结果更为接近。

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