基於模型確認的高溫環境複雜結構動力學建模方法研究

《基於模型確認的高溫環境複雜結構動力學建模方法研究》是依託南京航空航天大學，由何歡擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於模型確認的高溫環境複雜結構動力學建模方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何歡
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

建立能夠準確預示機械結構系統在高溫環境下的力學行為特徵的結構動力學模型一直是理論界和工程界關注的重點。本項目研究基於模型確認的高溫環境下的複雜結構動力學建模問題，提出一套適用於高溫環境下的複雜結構動力學計算的高精度、高效分析方法。通過項目研究，提出一種變溫系統模型的熱物性參數識別方法，為準確的模擬結構在高溫環境下的溫度分布狀態提供基礎；然後，建立各級結構動力學模型，提出一種考慮溫度效應的局部非線性系統模型縮聚方法對模型自由度進行縮聚，提高計算效率；提出一種考慮溫度效應的結構動力學模型修正方法，並通過該方法對各級模型進行模型修正，提高各級模型計算精度；針對連線件的非線性特點，提出一種考慮溫變效應的連線件建模方法；建立系統級模型，提出一種考慮溫度和頻率效應的阻尼模型來描述整個系統的能量耗散特徵；最後，通過系統級模型確認試驗對所建立的高溫環境下的結構動力學模型的預報精度進行評估。

結題摘要

建立能夠準確預示機械結構系統在高溫環境下的力學行為特徵的結構動力學模型一直是理論界和工程界關注的重點。本項目研究圍繞高溫環境下的結構動力學建模中的一系列關鍵問題。首先，針對變溫度環境引起的模型參數隨空間分布變化的問題，本項目提出了將熱物性參數表示為一系列以溫度為變數的基函式插值的形式，並將基函式的係數作為待辨識量的熱物性參數辨識方法，解決了隨空間坐標連續變化的熱物性參數辨識的難題，為後續的高精度溫度分布計算打下了基礎。研究結果表明，所提出的方法能夠有效降低因代理模型誤差和測量噪聲所引起的不適定性影響，具有較好的魯棒性。隨後，提出了基於分層思想的變溫系統結構動力學模型修正方法，考慮了物理分層因素，將整個模型劃分為溫度場修正和結構動力學修正兩類問題，證明了在分層修正的條件下能夠在不損失修正精度的同時有效減少待修正量。接著，開展了熱環境下不確定性的動力模型修正與確認方法研究，根據不確定性回響的統計分布規律，以機率密度函式的形式量化不確定性因素，將不確定性模型修正問題轉換為均值和方差的修正問題，提出了基於攝動法和代理模型技術的不確定性跨層模型修正方法。實現了由溫度場不確定性修正到溫度場確認，再由溫度場下結構不確定修正到溫度場下結構回響確認的具體過程。為了提高熱環境下結構動力學系統計算效率和模型修正效率，開展了模型降階技術研究，將其套用於局部非線性系統、不確定性系統中，通過子結構綜合技術將大規模計算系統減縮到由少量模態坐標和物理坐標表達的綜合模型，並將其套用到動特性和動回響計算以及模型修正等項目研究的整個環節中，大幅提高了熱環境下的結構動力學系統計算效率。項目研究成果有望套用於高超聲速飛行器結構動力學設計、動強度校核與動特性評估、高溫環境下的結構動力學虛擬試驗等領域中。