高超声速飞行器热结构分析与评价方法

高超声速飞行会带来显著的气动加热问题，因此在高温环境下能够完成承载功能的热结构是高超声速飞行的关键技术之一。针对热结构开展分析与评价，研究人员旨在建立高温服役环境下热结构及其力学行为的分析模型与预测方法，为热结构的设计、考核提供量化的基本依据。这一研究领域的基础是高温固体力学，又与材料科学、计算力学、应用数学密切相关。本书围绕这一主题，侧重于准静态热载荷/力载荷下热结构行为的建模分析，介绍其基本框架和要点，并对材料损伤失效、多场耦合、不确定性量化及模型有效性等重点问题展开论述。本书既可以供专业从业人员阅读，也可作为高等院校和研究所航空航天类、力学类、能源与动力工程（发动机方向）等相关专业研究生的参考书。

丛书序
前言
第1章热结构的概念与特性
1.1高超声速飞行器热结构概念
1.1.1服役环境与载荷
1.1.2一般的设计要求
1.1.3热结构材料
1.2典型飞行器及其热结构的发展历程
1.2.1早期的高速飞行器及其热结构
1.2.2天地往返飞行器及其热结构
1.2.3吸气巡航飞行器及其热结构
1.2.4助推滑翔飞行器及其热结构
1.3热结构的关键特性
参考文献
第2章热结构建模与分析的基本方法
2.1热结构建模分析的要求
2.2热力耦合分析理论
2.2.1守恒方程
2.2.2传热分析
2.2.3热应力分析
2.2.4耦合方法
2.3热结构有限元建模分析要点
2.3.1有限元建模分析流程
2.3.2常用单元的选取方法
2.3.3复合材料热结构分析要点
2.3.4常见的建模与分析误区
2.4建模分析难点与方法进展
2.4.1热结构建模分析的难点
2.4.2建模分析方法的主要进展
参考文献
第3章复合材料热结构损伤与失效分析方法
3.1损伤失效力学理论与数值方法
3.1.1损伤力学方法
3.1.2断裂力学方法
3.2宏观尺度非线性损伤与失效分析
3.2.1拉压双模量模型
3.2.2基于热力学的损伤模型
3.2.3唯象强度判据
3.3跨尺度建模与多尺度方法
3.3.1渐进均匀化基本原理
3.3.2协同多尺度分析框架
3.3.3宏观和细观跨尺度关联关系
3.3.4基于SCA求解加速策略
3.4分析案例
3.4.1CSiCT形接头损伤演化分析
3.4.2CC开孔板的拉伸破坏多尺度分析
参考文献
第4章高超声速多场耦合行为与分析
4.1气动热力环境与热防护材料的耦合行为
4.1.1共轭传热与材料热物性
4.1.2材料表面催化效应
4.1.3材料表面氧化效应
4.1.4材料表面烧蚀
4.1.5材料表面辐射
4.2高超声速流动传热与材料响应数值分析方法
4.2.1空间耦合方案与策略
4.2.2时间耦合方案与策略
4.3高超声速流动传热与响应耦合影响因素分析
4.3.1催化效应的影响
4.3.2氧化层对耦合传热的影响
4.4典型热结构的复杂耦合机制影响案例
参考文献
第5章热结构分析的不确定性量化
5.1不确定性量化的任务
5.1.1不确定性来源
5.1.2不确定性量化
5.2不确定性的表征
5.2.1不确定性的表征理论
5.2.2小样本下的不确定性表征
5.3不确定性传播方法
5.3.1MonteCarlo模拟
5.3.2多项式混沌展开法
5.3.3多层级问题
5.4参数灵敏度分析
5.5高效数值计算策略
5.5.1不确定性降维
5.5.2代理模型建模
5.5.3多置信度方法
5.6案例：开孔板应变响应不确定性量化
参考文献
第6章热结构分析的验证与确认
6.1模型有效性及验证与确认
6.2验证与确认的基本框架
6.2.1V&V方法框架
6.2.2不确定性下的确认度量
6.2.3热结构模型确认
6.3基于贝叶斯理论的模型修正
6.3.1贝叶斯理论
6.3.2模型修正方法框架
6.4后验参数求解
6.4.1后验参数估计
6.4.2MCMC算法
6.5应用案例分析
参考文献
第7章热结构失效与可靠性评价
7.1热结构的可靠性分析
7.2失效概率与可靠度分析方法
7.2.1基于抽样的可靠度分析方法
7.2.2基于极限状态方程展开的可靠度分析方法
7.2.3可靠度计算程序及算例分析
7.3非概率可靠度量化方法
7.3.1区间运算规则
7.3.2非概率可靠度的求解
7.4不确定性条件下的结构优化
7.4.1极值法
7.4.2和方根法
7.4.3不确定性方法
7.5应用案例
7.5.1一体化热防护系统可靠性优化
7.5.2扩张段的非概率可靠度分析
参考文献
第8章典型热结构分析与评价案例
8.1航天飞机翼前缘热力耦合分析
8.1.1层级式建模与分析策略
8.1.2组合件热力耦合分析
8.1.3局部面板热力耦合分析
8.1.4局部开裂分析与失稳判据
8.2热防护CSiC连接结构损伤分析
8.2.1CSiC材料力学行为的随机性模拟
8.2.2CSiC异型件的损伤分析
8.2.3不确定性量化及模型确认
8.3梯度喷注支板不确定性分析与设计
8.3.1超高温陶瓷喷注支板可靠性分析
8.3.2功能梯度层合复合材料结构喷注支板设计与可靠性分析
参考文献
第9章不足、趋势与展望
9.1面临的不足与挑战
9.2分析方法发展趋势
9.3展望：数字孪生技术
参考文献