协调变形连接结构的热力耦合分析文献综述

一、选题背景和意义：

飞行载荷下飞机热防护系统的热力耦合问题研究与飞行器的使用息息相关，是保证飞行器在发射、飞行以及返回过程中不会因此产生结构破坏的基础。飞行器外表面的热防护结构连接方式以连接结构为主，其中螺栓连接方式应用最多，而在飞行器使用过程中，各部件连接结构既会受到外界温度影响也会受到各部件的相互约束，在温度场与力场的相互耦合作用下，连接结构很有可能会在运动过程中损坏造成热防护系统功能丧失，而将会造成极其严重的后果，所以深入研究热力耦合状态下连接结构的形变与应力分布对于空天飞行器设计有着指导性作用。

热力耦合过程是温度场与应力场相互作用的过程，即在温度场的作用下对物体变形应力产生影响，而在应力作用下也会对物体的温度分布产生影响。在进行热力耦合的分析时，常用的方法为直接耦合与顺序耦合，直接耦合即将温度场与应力场同时作为约束条件进行仿真分析得出结果；顺序耦合则是首先在温度场下对仿真模型进行温度分析，再将温度场下的变形应力作为约束条件进行应力分析，综合两次仿真结果进行分析。顺序耦合方法相比直接耦合更加简单，但缺少应力场对温度场的影响，本课题中连接结构模型应力场对温度场影响较小，选择顺序耦合的方法能够满足试验要求。

针对飞行载荷环境下协调变形结构的热力耦合问题，基于数值仿真与实物试验进行研究，通过综合考虑传热学、材料力学等相关知识对连接结构热、力学性能进行研究，并根据热传导分析、热应力分析、稳定性分析优化飞机连接结构，从而通过仿真分析计算获取结构的力学特性，并根据所获得数据优化连接结构的优化方案。

二、课题关键问题及难点：

1.仿真分析

本课题是一项基于数值模型仿真处理的试验，成功建立热力学模型是课题能够成功的最重要保证，合理建模首要问题是确定建模要求，而这些都需要根据我们所要完成的内容以及所设计的目的而决定。求解应力分布以及位移量，此项任务的难点在于确定模型材料属性，以及构建模型的尺寸根据什么比例进行设计。模型建立之后，温度场与力场的参数设置也是建模过程中的关键问题，根据设定数据获取飞行状态下温度场分布以及力学模型数据，分析模型数据并针对现有模型问题进行分析，并尝试优化结构。

2.方案优化

本课题的最终目的是通过以上仿真模拟的结果分析设计螺栓连接件的优化方案，飞行状态下的螺栓结构主要存在热短路以及应力集中的问题。热短路效应会导致飞行器热防护系统效能下降，从而降低了飞行器的热防护效率；应力集中则会损坏螺栓连接结构，从而降低热防护系统使用寿命，可能会造成严重的飞行事故。所以优化连接结构这一部分是课题的最终目的也是难点之一，如何优化设计一种或多种方案是本课题的难点之一。

3.实物模型搭建与实验