热环境下结构模态试验与分析方法研究

高超声速飞行器在飞行时因气动加热原因往往面临上千摄氏度的热环境，高温热效应对结构的固有振动特性具有很有的影响，研究热环境下结构振动模态对结构动力学建模和计算、颤振分析等都具有重要意义。本项目以热模态试验为基础，研究热环境下结构模态试验的具体实施途径，探索建立热模态分析的有效方法。本项目成功实施对高超声速飞行器热弹耦合问题、热环境下结构有限元模型修正、结构动力修改等研究起到积极推动作用。

本项目开展热环境下结构的模态试验与分析理论方法研究，为受热效应和热固耦合作用下的结构动力学建模提供支撑依据。主要工作进展有：. 1、完成了小型热模态试验系统加热装置的研制。该装置采用石英灯热辐射加热形式，可实现室温到1200℃温控加热，完全满足热环境实验的加热要求。该热模态试验系统可模拟不同工况和温度场分布的热环境，对试件可采取不同形式的激振加载，并适合振动测试，为整个项目研究提供试验条件的保障。. 2、研究了基于激光非接触测振的热模态测试方法。采用20kg激振器通过不锈钢顶杆在高温箱外部对热环境中的试件实施激振，激光测振仪放置于高温箱外部，通过非接触测量获取热环境下结构的振动响应，实际实验中易于操作实现。. 3、研制了四通道硬件微分器，实现了激光测振仪振动速度响应信号与加速度信号之间的转换。该微分器各通道定频信号微分运算误差小于5%，随机信号微分RMS误差小于2%，相位误差小于1.3%。. 4、研究了热环境下空气介质对激光非接触测振的干扰，并提出了提高热环境下激光测振效果的几点技术建议。. 5、研究了热应力对机翼固有频率变化趋势的影响，表明热环境下机翼结构因材料属性的退化导致固有频率下降，但对于振型节线处于翼面内部的振动模态，附加热应力刚度矩阵在结构总刚度矩阵变化中起主导作用，使该阶固有频率增大。. 项目研究历经3年，按预定计划进行实施，期间参加国内会议2次，国际会议1次，发表以及录用学术论文10篇，申请国家发明专利2项。形成了一套可行的原理性热模态试验系统以及试验分析方法，基本完成预期目标。