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主动冷却皱褶芯材夹层板的热力分析

固体火箭技术 2014年第4期37卷 545-550页

作者：周晨王志瑾支骄杨南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016

提出了一种将皱褶芯材夹层板与主动冷却相结合的承载-热防护一体化结构形式。以煤油为冷却液,在强迫对流条件下,采用数值仿真方法对V-型和M-型皱褶芯材夹层板的热力响应进行了研究。首先,建立了主动冷却皱褶芯材夹层板的三维流固耦合模... 详细信息

提出了一种将皱褶芯材夹层板与主动冷却相结合的承载-热防护一体化结构形式。以煤油为冷却液,在强迫对流条件下,采用数值仿真方法对V-型和M-型皱褶芯材夹层板的热力响应进行了研究。首先,建立了主动冷却皱褶芯材夹层板的三维流固耦合模型,应用共轭传热数值计算方法,求解获得了冷却液和结构的温度场;采用顺序耦合求解,得到了相应的结构应力场和变形场。结果表明,实施主动冷却后皱褶结构的换热性能明显提高;沿流向温度上升,并呈现周期性波动;结构的皱褶在加强对流换热的同时,也导致了应力集中。芯材胞元拓扑构型及几何尺寸对结构的换热性能和应力应变具有一定程度的影响。与V-型相比,M-型皱褶结构的应力集中现象得到了较大缓解。

关键词：皱褶芯材主动冷却热防护流固耦合

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M-型皱褶芯材弹性常数的细观力学模型

南京航空航天大学学报 2004年第4期36卷 449-453页

作者：王志瑾徐庆华南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

研究了皱褶芯材的几何特征和承力特性 ,给出了其当量弹性常数求解的细观力学模型。该模型采用材料力学的方法推导出了 M-型皱褶芯材的当量密度ρ、当量线弹性模量Εz 和当量剪切模量 Gyz。

关键词：皱褶芯材弹性常数细观力学模型当量密度

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皱褶芯材和蜂窝芯材夹层板隔声性能研究

皱褶芯材和蜂窝芯材夹层板隔声性能研究

作者：顾志武南京航空航天大学

学位级别：硕士

从第二次世界大战到现在,舱内噪声一直是飞机噪声研究的重点,在环境问题日益突出的今天,更显得尤为重要。在飞机设计中,尽量减轻飞机本身的重量具有非常重要的意义,这样可以提高飞机的运输能力。基于降噪和减轻重量的双重原因,提出了采... 详细信息

从第二次世界大战到现在,舱内噪声一直是飞机噪声研究的重点,在环境问题日益突出的今天,更显得尤为重要。在飞机设计中,尽量减轻飞机本身的重量具有非常重要的意义,这样可以提高飞机的运输能力。基于降噪和减轻重量的双重原因,提出了采用轻质结构用于飞机机内降噪的设计。目前常用的轻质结构有蜂窝结构、波纹板等,以及近几年发展起来的皱褶结构。本文对V-型皱褶芯材夹层板和六角单元蜂窝芯材夹层板在低频区的隔声性能进行了基础研究。首先,介绍了利用工程软件ANSYS的进行结构隔声性能计算的基本原理和方法,对蜂窝夹层结构和皱褶芯材夹层结构作了简单介绍。然后,运用ANSYS软件,对28种不同参数的V-型皱褶芯材夹层板和12种不同参数的六角单元蜂窝夹层板进行了隔声性能计算,得出了各个参数对结构隔声性能的影响,并分析了可能的原因。最后,对两种轻质结构在相同高度和面密度下的隔声性能进行了对比研究和分析,得出了对工程应用上有参考价值的结果。

关键词：飞机噪声隔声性能皱褶芯材蜂窝芯材夹层板 ANSYS 数值计算

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皱褶芯材夹层结构的隔声设计

皱褶芯材夹层结构的隔声设计

作者：袁新浩南京航空航天大学

学位级别：硕士

20世纪后半叶以来,人们对噪声问题日益重视,在隔声降噪方面取得了很大的进展。隔声理论不断完善,隔声结构传声损失方面新的方法层出不穷。现代飞机上,采取了大量隔声措施,如应用吸声材料、隔声结构等。本文研究的是一种新型复合材料结... 详细信息

20世纪后半叶以来,人们对噪声问题日益重视,在隔声降噪方面取得了很大的进展。隔声理论不断完善,隔声结构传声损失方面新的方法层出不穷。现代飞机上,采取了大量隔声措施,如应用吸声材料、隔声结构等。本文研究的是一种新型复合材料结构——皱褶芯材夹层板的隔声性能,目的是将其运用到飞机上来解决舱内的噪声问题。首先分析了飞机上的噪声来源和隔声措施;接着对隔声分析的有限元方法进行了研究,提出了弹性薄板的变厚度隔声等效方法,并对有限元过程进行了优化。在分析了皱褶芯材夹层板的隔声原理的基础上,按照皱褶结构的空间压缩程度递增的规律设计出12种和蜂窝芯材等面密度的皱褶结构,并对这12种皱褶芯材的夹层板和蜂窝夹层板进行隔声性能分析,绘制出隔声曲线。通过对隔声曲线的分析得出:在等面密度的前途下,存在隔声性能比蜂窝结构更好的皱褶结构;在皱褶结构中,空间和平面压缩程度比较均衡的隔声性能更好等重要的结论。最后利用有限元分析得出的规律设计并制作出两组隔声性能较好等面密度的皱褶芯材和蜂窝芯材夹层板,并分别进行了隔声性能实验;实验表明:皱褶结构的隔声性能几乎在所有的频段都比等密度的蜂窝结构更好,这充分证明了皱褶结构在隔声性能方面的优势,同时也验证了本文采用的有限元方法的可行性和正确性。因此只要结合飞机结构的重量要求,合理设计皱褶夹层板的几何参数,就能更好地解决飞机舱内噪声问题。

关键词：复合材料皱褶芯材夹层板隔声设计飞机噪声传声损失

V-型皱褶芯材一体化热防护结构等效热传导系数预测

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导弹与航天运载技术 2019年第3期 21-28页

作者：周晨王志瑾候天骄南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016 南京航空航天大学航天学院南京210016

皱褶芯材夹层结构经过合理的设计,可作为一体化热防护结构应用于航空航天领域。以 V-型皱褶芯材一体化热防护结构作为研究对象,给出了针对 V-型皱褶芯材等效热传导系数的修正混合定律,从而建立了结构沿厚度方向的一维等效传热模型。同时... 详细信息

皱褶芯材夹层结构经过合理的设计,可作为一体化热防护结构应用于航空航天领域。以 V-型皱褶芯材一体化热防护结构作为研究对象,给出了针对 V-型皱褶芯材等效热传导系数的修正混合定律,从而建立了结构沿厚度方向的一维等效传热模型。同时,对详细的三维模型进行稳态传热分析,得到了由拉丁超立方抽样方法生成的各个样本点的等效热传导系数,并与采用修正混合定律计算得到的结果进行了对比。最后,在典型再入环境下进行瞬态传热分析,对比了三维模型和一维模型各部分的温度变化。经过修正的混合定律能够较精确地描述等效热传导系数;基于该等效热传导系数的一维模型可有效地预测沿结构厚度方向各点的温度响应。

关键词：皱褶芯材传热分析热传导系数热防护温度响应

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V型皱褶芯材夹层板对流换热性能评价及优化

航天器环境工程 2022年第4期39卷 346-354页

作者：李丝丰王志瑾南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016

为考察主动冷却式一体化热防护结构用V型皱褶芯材夹层结构的性能,文章采用Fluent软件模拟受恒定热流载荷皱褶芯材夹层板在强制对流条件下的传热过程,分析其换热特性和流道内流体流动规律;并在分析皱褶芯材夹层板中正三角和倒三角2种流... 详细信息

为考察主动冷却式一体化热防护结构用V型皱褶芯材夹层结构的性能,文章采用Fluent软件模拟受恒定热流载荷皱褶芯材夹层板在强制对流条件下的传热过程,分析其换热特性和流道内流体流动规律;并在分析皱褶芯材夹层板中正三角和倒三角2种流道换热性能差异的基础上,提出相邻流道流向相反的改进方案。该方案可提高冷却剂的利用率,使结构温度分布更加均匀。相比于具有相同几何参数的波纹芯材夹层板,皱褶芯材夹层板具有更好的换热性能,但同时以更大的当量密度和进出口压降损失为代价。比较几种常用的热效率指标,并定义了一种同时考虑换热性能、泵功率和结构质量的热效率指标,再分别以不同的热效率指标为目标函数,对皱褶芯材的几何参数L、W和S进行初步优化设计。

关键词：皱褶芯材换热性能流−固耦合主动冷却热效率

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复合材料层合皱褶芯材参数优化设计及力学性能研究

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复合材料层合皱褶芯材参数优化设计及力学性能研究

作者：张慧南京航空航天大学

学位级别：硕士

降低飞行器的结构重量是飞行器设计人员永远追求的目标。飞行器的重量特性又取决于合理的结构设计思想、先进的结构材料和有效的结构型式。因此，要想降低飞行器结构重量，必须要从这三个方面着手。然而，结构设计思想受限于力学理论的... 详细信息

降低飞行器的结构重量是飞行器设计人员永远追求的目标。飞行器的重量特性又取决于合理的结构设计思想、先进的结构材料和有效的结构型式。因此，要想降低飞行器结构重量，必须要从这三个方面着手。然而，结构设计思想受限于力学理论的发展，结构材料则受材料科学发展水平的限制。因此，短期内要想达到有效降低飞行器结构重量的目的，唯有在创新结构型式方面多加探索。皱褶芯材夹层板由于其特殊的构型，相比于如今广泛使用的加筋板、蜂窝夹层板等，具有更强的可设计性，使用前景广阔。本文对复合材料层合V型皱褶芯材的基本当量力学性能及其参数优化设计进行了研究。首先，以复合材料层合V型皱褶芯材的胞元为研究对象，结合经典层合板理论和皱褶芯材胞元的受力分析，推导出复合材料层合皱褶芯材当量拉伸/压缩弹性模量Ez和当量剪切模量Gxz的解析解，并将其与蜂窝芯材的当量力学性能进行了对比。其次，采用有限元软件Patran/Nastran建立胞元的有限元模型，对复合材料层合V型皱褶芯材的Ez和Gxz进行了数值分析。最后，采用多学科优化软件iSIGHT，设计了62组不同构型的试验设计点，据此建立了复合材料V型皱褶芯材夹层板的力学性能的代理模型，优化出了给定面密度下，使皱褶芯材的当量力学性能最佳的构型参数及铺层。本文研究结果为复合材料层合V型皱褶芯材结构的初期设计提供了简捷可靠的理论依据。

关键词：复合材料皱褶芯材当量力学性能理论推导数值分析优化设计

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复合材料皱褶芯材夹层曲板优化设计

复合材料皱褶芯材夹层曲板优化设计

作者：曹峰南京航空航天大学

学位级别：硕士

降低飞行器的结构重量是飞行器设计人员的主要目标之一。想要降低结构重量,主要有改变结构材料和结构构型两种方法。改变结构构型可以通过设计新的夹层板芯材实现。飞行器上有许多曲面夹层结构,所以对曲面皱褶结构芯材进行研究是有必要... 详细信息

降低飞行器的结构重量是飞行器设计人员的主要目标之一。想要降低结构重量,主要有改变结构材料和结构构型两种方法。改变结构构型可以通过设计新的夹层板芯材实现。飞行器上有许多曲面夹层结构,所以对曲面皱褶结构芯材进行研究是有必要的。本文对复合材料皱褶芯材夹层曲板的构型参数和力学性能进行了研究。首先,以复合材料皱褶芯材的胞元为研究对象,结合经典层合板理论和曲面皱褶芯材胞元的受力分析,推导出曲面复合材料层合皱褶芯材的当量弹性模量E和当量剪切模量G的解析解。并利用有限元分析软件PATRAN/NASTRAN,对曲面皱褶芯材胞元进行数值计算,验证了解析解的可靠性。然后,采用多学科优化软件ISIGHT,设计了80组不同构型的试验点,由这些试验点分别得到关于E和G的响应面代理模型。在此基础上,把某飞机油箱上、下曲板的蜂窝芯材替换为曲面皱褶芯材,并对曲面皱褶芯材的构型进行优化,在满足一定当量弹性模量和当量剪切模量的条件时,得到芯材最小当量密度的设计方案。本文为复合材料皱褶芯材夹层曲板的设计提供了参考。

关键词：复合材料皱褶芯材当量力学性能优化设计数值分析

V型皱褶芯材夹层结构强迫对流传热与热应力分析

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航天器环境工程 2017年第4期34卷 355-363页

作者：周晨王志瑾候天骄南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京航空航天大学航天学院南京210016

V型皱褶芯材夹层结构与强迫对流冷却相结合,可应用于高超声速飞行器或大功率电子器件承载和散热的多功能设计。文章采用数值仿真方法对强迫对流条件下V型皱褶芯材夹层结构的换热及其产生的热应力进行研究,获得了相应的速度场、温度场及... 详细信息

V型皱褶芯材夹层结构与强迫对流冷却相结合,可应用于高超声速飞行器或大功率电子器件承载和散热的多功能设计。文章采用数值仿真方法对强迫对流条件下V型皱褶芯材夹层结构的换热及其产生的热应力进行研究,获得了相应的速度场、温度场及结构热应力分布。结果表明:强迫对流条件下,V型皱褶芯材夹层结构的换热性能明显提高,同时导致较大的压力损失。流体速度场随着几何构型的改变而发生周期性的变化,在结构偏折处波峰一侧流速达到最大,对流换热得到增强;沿着冷却液流动方向,结构与冷却液的温度逐渐升高,并伴随着周期性的波动;皱褶芯材夹层结构的整体换热能力随着入口流速的增大而增强。热流输入侧的面板热应力和变形均较大,结构皱褶部位存在应力集中。

关键词：皱褶芯材强迫对流夹层结构换热性能热应力