高超聲速飛行器熱結構分析與評價方法

目錄
叢書序
前言
第1章熱結構的概念與特性1
1.1高超聲速飛行器熱結構概念1
1.1.1服役環(huán)境與載荷2
1.1.2一般的設計要求3
1.1.3熱結構材料5
1.2典型飛行器及其熱結構的發(fā)展歷程6
1.2.1早期的高速飛行器及其熱結構7
1.2.2天地往返飛行器及其熱結構9
1.2.3吸氣巡航飛行器及其熱結構14
1.2.4助推滑翔飛行器及其熱結構19
1.3熱結構的關鍵特性22
參考文獻23
第2章熱結構建模與分析的基本方法25
2.1熱結構建模分析的要求25
2.2熱力耦合分析理論28
2.2.1守恒方程28
2.2.2傳熱分析29
2.2.3熱應力分析32
2.2.4耦合方法33
2.3熱結構有限元建模分析要點33
2.3.1有限元建模分析流程34
2.3.2常用單元的選取方法37
2.3.3復合材料熱結構分析要點39
2.3.4常見的建模與分析誤區(qū)43
2.4建模分析難點與方法進展45
2.4.1熱結構建模分析的難點45
2.4.2建模分析方法的主要進展47
參考文獻48
第3章復合材料熱結構損傷與失效分析方法50
3.1損傷失效力學理論與數(shù)值方法50
3.1.1損傷力學方法51
3.1.2斷裂力學方法54
3.2宏觀尺度非線性損傷與失效分析61
3.2.1拉壓雙模量模型61
3.2.2基于熱力學的損傷模型68
3.2.3唯象強度判據(jù)79
3.3跨尺度建模與多尺度方法82
3.3.1漸進均勻化基本原理85
3.3.2協(xié)同多尺度分析框架90
3.3.3宏觀和細觀跨尺度關聯(lián)關系92
3.3.4基于SCA求解加速策略102
3.4分析案例106
3.4.1CSiC T形接頭損傷演化分析106
3.4.2CC開孔板的拉伸破壞多尺度分析112
參考文獻117
第4章高超聲速多場耦合行為與分析120
4.1氣動熱力環(huán)境與熱防護材料的耦合行為122
4.1.1共軛傳熱與材料熱物性123
4.1.2材料表面催化效應123
4.1.3材料表面氧化效應125
4.1.4材料表面燒蝕126
4.1.5材料表面輻射128
4.2高超聲速流動傳熱與材料響應數(shù)值分析方法128
4.2.1空間耦合方案與策略129
4.2.2時間耦合方案與策略130
4.3高超聲速流動傳熱與響應耦合影響因素分析132
4.3.1催化效應的影響132
4.3.2氧化層對耦合傳熱的影響136
4.4典型熱結構的復雜耦合機制影響案例139
參考文獻150
第5章熱結構分析的不確定性量化153
5.1不確定性量化的任務153
5.1.1不確定性來源154
5.1.2不確定性量化156
5.2不確定性的表征157
5.2.1不確定性的表征理論157
5.2.2小樣本下的不確定性表征161
5.3不確定性傳播方法163
5.3.1MonteCarlo模擬165
5.3.2多項式混沌展開法166
5.3.3多層級問題170
5.4參數(shù)靈敏度分析171
5.5高效數(shù)值計算策略174
5.5.1不確定性降維174
5.5.2代理模型建模180
5.5.3多置信度方法190
5.6案例：開孔板應變響應不確定性量化192
參考文獻200
第6章熱結構分析的驗證與確認202
6.1模型有效性及驗證與確認203
6.2驗證與確認的基本框架205
6.2.1V&V方法框架205
6.2.2不確定性下的確認度量207
6.2.3熱結構模型確認208
6.3基于貝葉斯理論的模型修正210
6.3.1貝葉斯理論210
6.3.2模型修正方法框架211
6.4后驗參數(shù)求解214
6.4.1后驗參數(shù)估計214
6.4.2MCMC算法216
6.5應用案例分析220
參考文獻223
第7章熱結構失效與可靠性評價225
7.1熱結構的可靠性分析225
7.2失效概率與可靠度分析方法227
7.2.1基于抽樣的可靠度分析方法228
7.2.2基于極限狀態(tài)方程展開的可靠度分析方法231
7.2.3可靠度計算程序及算例分析237
7.3非概率可靠度量化方法238
7.3.1區(qū)間運算規(guī)則239
7.3.2非概率可靠度的求解240
7.4不確定性條件下的結構優(yōu)化244
7.4.1極值法245
7.4.2和方根法246
7.4.3不確定性方法247
7.5應用案例250
7.5.1一體化熱防護系統(tǒng)可靠性優(yōu)化250
7.5.2擴張段的非概率可靠度分析254
參考文獻257
第8章典型熱結構分析與評價案例258
8.1航天飛機翼前緣熱力耦合分析258
8.1.1層級式建模與分析策略260
8.1.2組合件熱力耦合分析263
8.1.3局部面板熱力耦合分析267
8.1.4局部開裂分析與失穩(wěn)判據(jù)271
8.2熱防護CSiC連接結構損傷分析283
8.2.1CSiC材料力學行為的隨機性模擬285
8.2.2CSiC異型件的損傷分析290
8.2.3不確定性量化及模型確認294
8.3梯度噴注支板不確定性分析與設計299
8.3.1超高溫陶瓷噴注支板可靠性分析299
8.3.2功能梯度層合復合材料結構噴注支板設計與可靠性分析304
參考文獻309
第9章不足、趨勢與展望311
9.1面臨的不足與挑戰(zhàn)311
9.2分析方法發(fā)展趨勢314
9.3展望： 數(shù)字孿生技術316
參考文獻319