多维随机载荷作用下结构振动响应分析方法研究

Aiming to NSAF Breeding Project Guideline No.23 - "Analysis method for structure vibrational response under multi-dimensional random loading”, This application will take the aerocraft typical structure model as the object of study, as currently CAEP pays more research focus on it. The main research contents include: finite element model updating approach based on strain response, analysis of structural acceleration response and von Mises stress response extremum and distribution feature under multi-dimensional random loading, influence factors altering structural response characteristics under multi-dimensional random loading, and finally response analysis and experimental verification for the aerocraft typical structure model. Through this NSAF project, the analysis method of structural response under multi-dimensional random loading could be provided to CAEP, a clear understanding on differences of vibrational response of aerocraft typical structure model between one-dimensional random loading and multi-dimensional random loading is expected, and the factors affecting structural response under multi-dimensional random loading could be identified as well. All the efforts will lay solid foundations and provide a better support for the CAEP applications on multi-dimensional random vibration experiments of aerocraft structure.

针对NSAF“培育项目”的明确目标课题―23. 多维随机载荷作用下结构振动响应分析方法研究，本项目拟以中物院总体工程研究所关注的飞行器典型结构模型为对象，研究基于应变响应的结构有限元模型修正方法，多维随机载荷下结构的加速度和von Mises应力响应极值及分布特征，多维随机载荷下结构响应特性改变的影响因素，并在此基础上对飞行器典型结构模型开展多维随机载荷下的响应分析及试验验证。通过本项目研究与合作，使中物院建立多维随机载荷作用下的结构响应分析方法，明确单维与多维随机激励下飞行器典型结构模型响应分布特征间的异同，掌握多维随机激励下结构响应特性改变的影响因素及一般规律，从而为中物院总体工程研究所开展结构多维随机振动试验提供理论依据，促进其多维随机振动试验技术的发展。

多维随机载荷作用下结构响应的分析方法研究可为多维随机振动试验方案的设计、试验条件的制定与试验实施提供理论依据，因此具有重要的理论意义与工程应用价值。本项目主要研究成果包括：提出了基于应变响应面的结构有限元模型修正方法，完成了梁结构模型修正的仿真与试验研究，获得了良好的模型修正精度；采用响应面方法，完成了复杂板壳组合结构基于应变频域响应和时域响应的有限元模型修正仿真与试验研究，修正模型在单维随机激励和二维随机激励下均能够较准确的预测响应，验证了该方法在复杂结构模型修正中的有效性；提出了多维随机载荷下结构von Mises应力近似服从Weibull概率分布的假设，给出了相应的结构疲劳损伤寿命估计方法，完成了多维随机载荷下梁结构von Mises应力概率分布特征的建模、仿真与试验研究，验证了概率分布假设的合理性，比基于高斯分布的三区间法能更准确的预估结构疲劳寿命；建立了多维随机基础激励下梁结构动力学方程，推导得到了多维随机响应解析解，为研究多维随机载荷作用下结构响应分布特征以及影响因素和规律提供了理论基础；完成了多维随机基础激励下导弹结构部件模型的响应特性仿真研究，进一步验证了结构von Mises 应力概率分布特征假设的合理性，获得了加速度响应分布特征和von Mises 应力响应分布特征，为明确不同维数随机振动下的响应特征差异提供了参考；完成了边界条件、激振位置和多维激励间的相关性等因素对导弹结构部件模型多维基础随机激励响应特性影响的仿真研究，获得了各种因素相应的影响规律，为多维基础随机振动试验设计与实施提供了理论参考；完成了导弹结构部件模型多维基础随机振动试验，验证了仿真分析结果的正确性。通过项目研究，初步建立了多维基础随机载荷下的结构振动响应分析方法，获得了导弹结构部件模型响应分布特征以及影响因素和变化规律，为中物院总体工程研究所开展多维基础随机振动试验提供了理论参考。