热环境作用下飞行器结构声振耦合高频响应研究

On the predicting problem of high-frequency vibro-acoustic coupling response for near-space hypersonic cruise vehicle under the harsh thermal environment, and also in view of the strong point of the energy finite element method(EFEM) in the prediction of the high frequency domain response of the structure, the present project plans to study the vibro-acoustic coupling high frequency response for the structure in thermal environment. It will expands the theory of EFEM for considering the thermal effect, establish new energy density control equations for typical structure (such as beam, plate), and then develop the computing program. The characteristics of high-frequency vibro-acoustic coupling response should be calculated and analyzed for the structure in thermal environment, and would be validated by carrying out simple structure (plate) test of vibro-acoustic coupling in the thermal environment. Finally, this project hopes to provide a necessary analysis approach for the service in the thermal structure design.

针对近空间高超声速巡航飞行器严酷热环境下结构高频声-振耦合响应的预示问题，且鉴于能量有限元方法在预测结构高频域响应的特长，本项目拟开展热环境下声-振耦合结构高频响应分析方法的研究，发展考虑热效应的能量有限元理论；分别考虑热环境引起的材料特性随温度变化、结构热应力对结构能量密度的影响，建立典型结构（如梁、板）新的能量密度控制方程；基于这些控制方程，开发相应的计算程序、建立数值模拟方法，计算分析热环境下结构声-振耦合高频响应特性；设计热环境下声-振响应的试验方法并开展简单结构（平板）的热声-振试验，验证所建立的热声-振耦合高频响应分析方法的正确性。.目的是为飞行器热结构设计提供必要的分析手段，从而服务于结构设计。

近空间高超声速巡航飞行器严酷热环境下结构高频声-振耦合响应的预示是飞行器设计过程中面临的关键问题。本项目的目标是发展热环境下的能量有限元理论，建立典型结构的新的能量控制方程。根据这一目标，我们推导了热环境下各项同性板在热环境下的能量控制方程，其中假设热只影响板的内力。基于得到的能量控制方程的能量有限元离散化格式，开发了相应的计算程序。并研究了热环境下一简支板的高频声振响应特性。通过与模态叠加法及有限元计算结果的对比可见，本项目得到的能量控制方程的正确性，它较好地描述了热环境下简支板高频振动能量的时间与空间均值，且与有限元法相比需要很少的网格数。不同温差下计算的结果表明，热对简支板高频振动响应影响较小。