热载条件下硬涂层薄壁圆柱壳复合结构的建模及振动分析

摘要

为解决硬涂层圆柱壳的热-振动有限元建模问题，基于Love薄壳理论，提出一种引入热效应的4个节点36自由度双层复合柱壳单元，并建立硬涂层薄壁圆柱壳自由振动的热力耦合有限元模型（TMC-FEM）。以NiCoCrAlY硬涂层薄壁圆柱壳构件为研究对象，数值模拟对比验证了TMC-FEM在热载条件下具有较好的计算精度和效率。在此基础上，着重分析了温度、基体和涂层厚度对硬涂层薄壁圆柱壳复合结构振动特性的影响规律。研究结果表明，在不同温度条件下，硬涂层圆柱壳结构模态损耗因子均随涂层厚度的增加呈上升趋势，且温度越高上升幅度越大；而结构模态损耗因子均随基体厚度的增加呈下降趋势，且温度越高下降幅度越大；温度升高会引发结构刚度软化，致使硬涂层圆柱壳固有频率呈近似线性下降。

关键词

薄壁圆柱壳 / 硬涂层 / 有限元建模 / 柱壳单元 / 热力耦合

基金资助

国家自然科学基金青年项目（52305111）; 辽宁省科技厅博士科研启动基金资助项目（2022-BS-284;2024-BS-220）; 辽宁省教育厅青年项目（LJKQZ20222341）; 辽宁科技大学优秀青年科技人才项目（2023YQ04）; 辽宁省高校基本科研业务费专项资金资助项目（LJ212410146066）