热环境下飞行器结构声振耦合行为研究

针对近空间高超声速飞行器服役严重气动加热的超常环境下飞行器结构声-振耦合行为问题，本项目拟研究结构热-声-振耦合理论、建立数值模拟方法并开发相应的计算程序，由数值计算获得热环境下结构热-声-振耦合动力学响应。.根据飞行器结构严峻气动加热所产生的高温度梯度特点，拟将热环境产生的热效应分解为材料热效应、结构（热应力、热变形）热效应，研究对结构动力学响应的影响规律。材料热效应以考虑材料力学特性随温度的变化；结构热应力效应主要考虑应力刚化引起的模态变化；结构热变形效应拟研究结构本身形状改变引起的结构刚度及质量的变化。.揭示上述三种热效应对飞行器结构热-声-振耦合动力学响应的影响规律，并找出热环境影响飞行器结构多场耦合响应的主要因素，为近空间高超声速飞行器的结构设计提供参考依据。

高超声速飞行器是航空航天领域最重要的战略发展方向之一，对国家安全、国民经济有着不可估量的重要意义。由高超声速飞行引起的严酷气动加热、超强气动噪声及复杂机体振动等超常环境中，对结构设计提出了严峻挑战。. 本项目针对高超声速飞行器结构在超常环境下声振特性行为问题，展开数值、理论、实验以及优化设计研究，揭示热环境对结构声振特性的影响规律，为高超声速飞行器结构设计提供一定的参考依据。. 开展了热环境下结构声振数值分析研究，探索热环境引起材料属性变化、热应力对结构声振耦合动力学响应的影响规律。针对低、中、高频声振问题对数值方法的要求不同，建立了热环境下结构声振分析的有限元方法，及混合有限元-统计能量分析方法，实现了结构低频、宽频的声振动力学响应数值分析。. 开展了热环境下典型结构的理论分析研究，探索热环境引起结构热应力对结构声振特性的影响机理。建立各向同性薄板在均匀热载下的动态方程，分析热环境下振动及声辐射特性变化；在此基础上，考虑横向剪切效应和转动惯量效应，基于厚板理论建立了夹层板的振动控制方程。此外，对正交各向异性层合板及无限长层合圆柱壳在湿环境下的振动及声辐射响应展开了研究。. 建立了受热固支各向同性板的测试系统，开展了热环境下结构的声振实验研究。对试件在不同温度下进行模态测试，并对其在声激励和机械激励作用下的振动响应及声辐射特性进行测试；从实验角度分析热环境对结构声振动态特性的影响。. 在热环境下结构声振分析基础上，开展结构最优化拓扑设计研究。考虑设计变量—热应力—声振特性间的复杂关系，建立了热环境下结构动态优化设计方法。以振动响应或辐射声功率为目标函数，考察均匀温升环境中结构的拓扑优化问题，揭示了热应力对结构声振拓扑优化的影响规律。. 综上，本项目针对高超声速飞行器在高温高声强环境中基本动态特性，展开了较为系统的研究，对高超声速飞行器设计具有重要意义。