梁、板結(jié)構(gòu)的熱彈性動力學(xué)及其反問題研究.pdf

1、高速飛行器在大氣層中執(zhí)行任務(wù)時，其結(jié)構(gòu)將承受氣動載荷和氣動加熱，而氣動加熱將給結(jié)構(gòu)力學(xué)行為帶來眾多不利影響。一方面，氣動加熱使結(jié)構(gòu)的彈性屬性（如楊氏模量）顯著降低，進而降低結(jié)構(gòu)材料的承載能力。另一方面，結(jié)構(gòu)邊界約束會限制材料熱膨脹，產(chǎn)生熱應(yīng)力，進而降低結(jié)構(gòu)的抗屈曲能力，并使結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性發(fā)生顯著變化。因此，對高溫環(huán)境下梁、板結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性的研究有助于理解和揭示熱環(huán)境下飛行器結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)的復(fù)雜動力學(xué)行為。
　　本文采用線性和非線性有限

2、元建模技術(shù)對熱環(huán)境下的梁、板結(jié)構(gòu)建模，對非定常高溫環(huán)境下的梁、板的熱彈性動力學(xué)正問題和反問題進行研究。論文的主要內(nèi)容和學(xué)術(shù)貢獻如下：
　　1.在時變溫度場中，建立了含軸向彈性支撐的細(xì)長梁和含面內(nèi)彈性支撐的矩形薄板的熱振動有限元模型?；跁r變自回歸（TVAR）模型，提出一種識別溫度變化條件下結(jié)構(gòu)時變模態(tài)參數(shù)的方法。在該方法中，結(jié)合BIC準(zhǔn)則和灰色關(guān)聯(lián)度分析，確定TVAR模型階數(shù)和基函數(shù)維數(shù)。針對多種類型的非定常加熱環(huán)境，采用該方法識

3、別了上述細(xì)長梁和矩形薄板的時變模態(tài)參數(shù)，研究了方法的有效性。
　　2.針對非定常熱環(huán)境中的彈性結(jié)構(gòu)，考慮時變的材料屬性和熱應(yīng)力，提出了一種識別結(jié)構(gòu)溫變屬性的方法。該識別問題可以描述為如下有限元模型修正過程：首先將溫變屬性表示為一個低階多項式；然后構(gòu)建一個整合的目標(biāo)函數(shù)，采用粒子群優(yōu)化技術(shù)尋求該目標(biāo)函數(shù)的最小值，從而同時確定上述多項式的系數(shù)和階數(shù)。通過在均勻分布溫度場中具有軸向可移動邊界雙簡支梁的參數(shù)識別問題，驗證了該方法的有效性。

4、
　　3.設(shè)計了高溫環(huán)境下的梁狀結(jié)構(gòu)振動實驗，研究了非定常熱環(huán)境中梁狀結(jié)構(gòu)的時變模態(tài)參數(shù)識別和有限元模型修正問題?；谧R別的模態(tài)參數(shù)，采用Kriging代理模型和基于優(yōu)化的有限元模型修正方法，修正了該結(jié)構(gòu)的有限元模型。實驗結(jié)果驗證了時變模態(tài)參數(shù)識別方法的有效性，修正后的模型瞬時頻率和實驗識別結(jié)果高度吻合。
　　4.針對柔性梁容易發(fā)生熱屈曲等大變形行為，發(fā)展了一種基于絕對節(jié)點坐標(biāo)描述的縮減熱彈性梁單元，并采用該單元研究了熱彈性