熱環境下結構模態試驗與分析方法研究

《熱環境下結構模態試驗與分析方法研究》是依託南京航空航天大學，由賀旭東擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：熱環境下結構模態試驗與分析方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：賀旭東
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

高超聲速飛行器在飛行時因氣動加熱原因往往面臨上千攝氏度的熱環境，高溫熱效應對結構的固有振動特性具有很有的影響，研究熱環境下結構振動模態對結構動力學建模和計算、顫振分析等都具有重要意義。本項目以熱模態試驗為基礎，研究熱環境下結構模態試驗的具體實施途徑，探索建立熱模態分析的有效方法。本項目成功實施對高超聲速飛行器熱彈耦合問題、熱環境下結構有限元模型修正、結構動力修改等研究起到積極推動作用。

結題摘要

本項目開展熱環境下結構的模態試驗與分析理論方法研究，為受熱效應和熱固耦合作用下的結構動力學建模提供支撐依據。主要工作進展有：1、完成了小型熱模態試驗系統加熱裝置的研製。該裝置採用石英燈熱輻射加熱形式，可實現室溫到1200℃溫控加熱，完全滿足熱環境實驗的加熱要求。該熱模態試驗系統可模擬不同工況和溫度場分布的熱環境，對試件可採取不同形式的激振載入，並適合振動測試，為整個項目研究提供試驗條件的保障。2、研究了基於雷射非接觸測振的熱模態測試方法。採用20kg激振器通過不鏽鋼頂桿在高溫箱外部對熱環境中的試件實施激振，雷射測振儀放置於高溫箱外部，通過非接觸測量獲取熱環境下結構的振動回響，實際實驗中易於操作實現。3、研製了四通道硬體微分器，實現了雷射測振儀振動速度回響信號與加速度信號之間的轉換。該微分器各通道定頻信號微分運算誤差小於5%，隨機信號微分RMS誤差小於2%，相位誤差小於1.3%。4、研究了熱環境下空氣介質對雷射非接觸測振的干擾，並提出了提高熱環境下雷射測振效果的幾點技術建議。5、研究了熱應力對機翼固有頻率變化趨勢的影響，表明熱環境下機翼結構因材料屬性的退化導致固有頻率下降，但對於振型節線處於翼面內部的振動模態，附加熱應力剛度矩陣在結構總剛度矩陣變化中起主導作用，使該階固有頻率增大。項目研究歷經3年，按預定計畫進行實施，期間參加國內會議2次，國際會議1次，發表以及錄用學術論文10篇，申請國家發明專利2項。形成了一套可行的原理性熱模態試驗系統以及試驗分析方法，基本完成預期目標。