飞行器热防护结构宽频声振响应及疲劳寿命分析方法研究

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基本信息

  • 批准号：
    11772322
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    68.0万
  • 负责人：
    陈海波
  • 依托单位：
    中国科学技术大学
  • 学科分类：
    A0813.计算固体力学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The thermal protection system (TPS) plays a key role in the design of transatmospheric hypersonic vehicles. Among various TPSs, the shingle TPS has been a hotspot due to its outstanding behaviors, but few researchers have conducted the structural-acoustic analysis and fatigue life prediction of the shingle TPS under wideband acoustic excitations (10Hz～10KHz). In this project, a typical shingle TPS structure is taken as the object for study. Firstly, in the low frequency range, efforts will be focused on the more efficient algorithm of structural-acoustic analysis based on the coupling of the finite element method（FEM）and the fast multipole boundary element method (FMBEM). Secondly, within the middle and high frequency ranges, the modelling treatments will be investigated in detail for the multi-hybrid model based on the modal overlap factor with fine partition of frequency bands, and a nested algorithm for vibro-acoustic response analysis using the Statistical Energy Analysis (SEA) and Hybrid energy finite element method (Hybrid EFEM) will be established. Thirdly, a fatigue life estimation procedure will be developed for structures under wideband acoustic excitations. After a series of typical experimental validation and model refinement, a set of solving algorithms which integrate the FEM, FMBEM, SEA and EFEM will be established for the vibro-acoustic response analysis and fatigue life prediction for complicated shingle TPS structures under wideband acoustic excitations. The developed algorithms are expected to provide a solid foundation for the TPS vibro-acoustic analysis of the reusable hypersonic vehicles.
热防护系统（TPS）是保证跨大气层高超飞行器安全飞行的基础，其中盖板式TPS以其突出优点而成为该领域的一个研究热点，但是针对其在宽频噪声激励（10Hz～10KHz）下的声振耦合分析以及疲劳预报却鲜有报道。本项目以典型盖板式热防护结构为研究对象，在低频段开展基于有限元（FEM）与快速多极边界元（FMBEM）耦合的声振耦合分析高效算法研究，在中高频段开展基于模态重叠因子频段精细划分的多混合模型建模方法和基于SEA-Hybrid EFEM的嵌套算法研究，同时发展宽频噪声激励下结构的疲劳寿命分析方法。经过有代表性的实验验证和模型修正，最终建立一套针对宽频激励下盖板式TPS结构的集FEM、FMBEM、SEA、EFEM等方法为一体的声振环境预示及疲劳寿命预报分析方法，为可重复使用高超飞行器的TPS设计提供技术基础。

结项摘要

热防护系统（TPS）是保证跨大气层高超飞行器安全飞行的基础，其中盖板式TPS以其突出优点而成为该领域的一个研究热点，但是针对其在宽频噪声激励（10Hz～10KHz）下的声振耦合分析以及疲劳预报却鲜有报道。本项目以典型盖板式热防护结构为研究对象，在低频段开展基于边界元的声学响应分析和结构优化，发展了基于NURBS和细分曲面的声学等几何边界元，采用宽频快速多极算法加速求解，推导了灵敏度分析的伴随变量法，在此基础上，进行了结构优化算法研究，分别进行了形状优化、拓扑优化和联合优化。进而，开展了有限元（FEM）与快速多极边界元（FMBEM）耦合的声振高效分析算法研究，提出FEM-FMBEM强耦合系统高效分析和拓扑优化算法，为耦合系统优化设计提供了有效手段。在中高频段开展基于模态重叠因子频段精细划分的多混合模型建模方法，基于SEA并引入应力集中因子对结构宽频范围内的声振响应及应力水平进行预估。同时，基于波法对典型梁板壳及耦合结构的传递特性进行了理论分析，进而将能量辐射传递法(RETM)由各向同性材料结构的分析拓展到各向异性梁板结构的高频响应分析。最终建立一套针对宽频激励下盖板式TPS结构的集FEM、FMBEM、统计能量分析（SEA）、RETM等方法为一体的声振响应预示及疲劳寿命预报分析方法，为可重复使用高超飞行器的TPS设计提供技术基础。

项目成果

期刊论文数量（26）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（3）
专利数量（0）
轴力对梁结构耦合损耗因子的影响研究
  • DOI：
    10.13465/j.cnki.jvs.2020.17.004
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    振动与冲击
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    胡婉璐;陈海波;钟强
  • 通讯作者：
    钟强
基于统计能量理论的飞行器壁板高频声振疲劳寿命预报及参数设计
  • DOI：
    10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0432
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    工程力学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    乔扬;陈海波;许泽银;王磊
  • 通讯作者：
    王磊
Acoustic topology optimization of porous material distribution based on an adjoint variable FMBEM sensitivity analysis
基于伴随变量 FMBEM 灵敏度分析的多孔材料分布声学拓扑优化
  • DOI：
    10.1016/j.enganabound.2018.11.003
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Engineering Analysis with Boundary Elements
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    Zhao Wenchang;Zheng Changjun;Chen Haibo
  • 通讯作者：
    Chen Haibo
Structural shape optimization of three dimensional acoustic problems with isogeometric boundary element methods
等几何边界元法三维声学问题的结构形状优化
  • DOI：
    10.1016/j.cma.2019.06.012
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子：
    7.2
  • 作者：
    Chen L L;Lian H;Liu Z;Chen H B;Atroshchenko E;Bordas S P A
  • 通讯作者：
    Bordas S P A
Distribution Optimization for Acoustic Design of Porous Layer by the Boundary Element Method
边界元法多孔层声学设计分布优化
  • DOI：
    10.1007/s40857-020-00181-7
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Acoustics Australia
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Yanming Xu;Wenchang Zhao;Leilei Chen;Haibo Chen
  • 通讯作者：
    Haibo Chen

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其他文献

Theoretical analysis on phase-locking properties of a laser diode facing an external cavity
面向外腔的激光二极管锁相特性的理论分析
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
    Opt. and Laser Techn.
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    高松
CAE在同步辐射装置挡光元件设计中的应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    计算机辅助工程
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈海波;肖维灵
  • 通讯作者：
    肖维灵
Irreducible Twisted Heisenberg–Virasoro Modules from Tensor Products
Tensor Products 的不可约扭曲海森堡 Virasoro 模块
  • DOI：
    10.1007/s00025-019-1109-5
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Results in Mathematics
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    陈海波;苏育才
  • 通讯作者：
    苏育才
Analytically characterizing far field pattern of super-modes from external cavity phase locked diode array
外腔锁相二极管阵列超模远场方向图的分析表征
  • DOI：
    10.1016/j.optcom.2005.06.034
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Opt. Commun.
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨华;严地勇;陈建国;陈海波
  • 通讯作者：
    陈海波
二维位势自适应边界元中的一种误差估计方法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    燕山大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈海波;郭晓峰;吕品
  • 通讯作者：
    吕品

其他文献

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基于等几何FEM-BEM的声振系统微结构拓扑优化方法研究
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  • 批准年份：
    2009
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  • 项目类别：
    面上项目
固体和结构力学中的误差控制自适应边界元法
  • 批准号：
    10102019
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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