热振环境下飞行器加筋壁板结构响应分岔特性研究

During the flight of vehicle, the geometric nonlinearity due to the flexible deformation of stiffened plate in the thermo-vibration environment will induce catastrophic vibration. Therefore it is necessary to research on nonlinear dynamic characteristics of stiffened plates in the thermo-vibration environment. For the nonlinearity, the effects of thermal load, frequency and amplitude of external excitation on the dynamic characteristics of stiffened plates are complex. The study on the bifurcation characteristics of stiffened plates in the thermo-vibration environment has important engineering value, which can reveal the mechanism of engineering phenomenon. In this project, the dynamic model of stiffened plates in the thermo-vibration will be built after considering geometric nonlinearity, deformation compatibility and effects of thermal field on stress and strain. The effects of parameters on the vibration response of stiffened plate will be analyzed. Additionally, the dynamic and bifurcation characteristics of stiffened plate will be studied by modern nonlinear bifurcation theory. The rationality of theoretical analysis will be verified by thermo-vibration test. All these studies may be used to guide the structure design and safe flight of vehicle.

在飞行过程中，飞行器加筋壁板结构存在变形引起的几何非线性，在热振环境下将导致严重的振动问题。因此有必要开展加筋壁板结构在热振环境下的非线性动力学特性研究。由于非线性因素的存在，温度场、激励频率、激励幅值等对结构振动响应的影响很复杂，开展加筋壁板结构热振环境下的分岔特性研究可充分考虑结构可能产生的动力学行为，揭示工程中实际现象产生的机理，具有十分重要的工程应用价值。本项目将考虑几何非线性、筋和板间的变形协调关系、温度场对应力应变影响等因素建立加筋壁板结构在热振环境下的动力学模型。分析分析参数对加筋壁板结构振动响应的影响，总结影响规律。引入现代非线性动力学的分岔理论分析结构在热振环境下的振动响应及分岔行为。通过加筋壁板结构在热振环境下的振动试验，验证理论分析的合理性。所得结果可为飞行器的可靠性设计和安全飞行提供理论支撑与技术指导。

在飞行过程中，飞行器加筋壁板结构存在变形引起的几何非线性，在热振环境下将导致严重的振动问题。因此有必要开展加筋壁板结构在热振环境下的非线性动力学特性研究。.在研究过程中，考虑加筋壁板结构在热振环境下的变形协调关系，建立了其非线性运动方程及热振响应分析方法。分析了温度场、激励频率、激励幅值等对结构振动响应的影响，揭示了结构非线性动力学行为的演化规律。.利用二阶Euler积分方法数值求解，发现不同温度下结构响应会出现不同的势能井，在两个势能井的情况下，当外激励源的能量足以使其从一个势能井跳到另一个势能井时，结构的响应会出现跳变现象，从而发生动态分岔。.开展了热模态、热屈曲、热振实验，通过数据分析，揭示了热模态的演化规律，发现热模态存在跃迁现象。获得了发生热屈曲（静态分岔）的临界温度。分析了加筋壁板结构在热振环境下的响应，获得了响应的分岔特性。研究成果已应用于航天飞行器薄壁结构的热模态、热噪声响应分析，可为飞行器的可靠性设计和安全飞行提供理论支撑与技术指导。