热-声-振环境下结构全频段动力学响应预示问题研究

What the hypersonic vehicle faces during the flight is the harsh environment consists of high temperature, aerodynamic noise, vibration, etc. Hence, the broad-band response predication under thermal-acoustic-vibration environment is a key technology for the development of hypersonic vehicle structure. In this project, the typical stiffened panel structure of hypersonic is taken as the object. First, the dynamic modeling method of typical connection is explored in order to represent the dynamic characteristics of the structure efficiently and accurately. Then the broad-band response predication under acoustic-vibration and thermal-acoustic-vibration environment are proposed to reveal the response rule in low, medium and high frequency band. Last, test verification of the broad-band response predication method is studied to ensure the accuracy of the proposed response analysis method. Innovative advances are supposed to be achieved in the following aspects: the connection modeling method suitable for dynamic analysis, random dynamic response analysis method under non-stationary and non-Gaussian environment, medium frequency band response prediction based on FEM-modal energy analysis and FEM-modal energy distribution analysis and high frequency band response analysis under thermal-acoustic-vibration environment.

高超声速飞行器在服役时会面临高温、噪声、振动等组成的复杂力学环境，热-声-振环境下全频段动力学响应预示技术是高超声速飞行器研制的一项核心技术。本课题以高超声速飞行器典型加筋薄壁结构为研究对象，重点开展三方面的研究工作：研究连接件的动力学建模方法、建立能较为高效准确地反映结构的动力学特性的模型；研究结构在声-振和热-声-振环境下的全频段动响应预示方法，揭示声-振和热-声-振环境下低、中、高频的动响应规律；开展声-振和热-声-振环境下的动响应试验，验证所提出的动响应分析方法的准确性。预期将在适用于结构动力学分析的典型连接件等效线性化建模方法、非平稳非高斯声-振环境下低频动响应分析方法、中频响应预示的有限元-模态能量法和有限元-模态能量分布法，以及热-声-振环境下高频动响应分析方法等方面取得创新性理论成果。

新型高速飞行器面临严苛的高温、噪声、振动等载荷，温度可达1000℃以上，机械振动的频率范围为0-2000Hz，高强宽频气动噪声在170分贝左右、频率可达10000Hz。极端的载荷环境给飞行器结构设计带来了严峻的挑战，热-声-振环境下结构全频段动力学响应预示已经成为新型高速飞行器研制的关键技术。本项目紧扣新型高速飞行器研制需求，开展了热-声-振环境下结构全频段动响应预示研究，建立了低、中、高频动响应预示的数值分析方法，分析了声-振及热-声-振环境下典型薄壁结构的动响应特性和参数影响规律，探究了噪声和温度对结构动力学行为的影响规律，阐明了热-声-振环境下结构产生复杂动力学响应的机理，构建了热-声-振环境下复杂结构的全频段动响应分析方法。基于项目研究成果，构建了由理论方法、关键技术、专用软件组成的全频动响应预示成果体系。发表论文33篇，其中SCI收录15篇，EI收录18篇，其中美国航空航天学会AIAA/美国机械工程学会ASME期刊文章5篇；JCR一区论文6篇；IF＞3.0文章4篇；振动工程学报、航空学报、力学学报等一级学会会刊论文5篇。授权国家发明专利25项，登记软件著作权6项，获江苏省科学技术一等奖（排名第1）、军队科技进步二等奖（排名第1）。有效解决了飞行器结构研制面临的“模型难建、响应难算”等卡脖子问题，为结构后续的动强度评估提供了可靠依据，支撑了我国多型航空航天重大装备的研制、定型与列装。