《熱環境下飛行器結構聲振耦合行為研究》是依託西安交通大學，由李躍明擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：熱環境下飛行器結構聲振耦合行為研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：李躍明
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對近空間高超聲速飛行器服役嚴重氣動加熱的超常環境下飛行器結構聲-振耦合行為問題，本項目擬研究結構熱-聲-振耦合理論、建立數值模擬方法並開發相應的計算程式，由數值計算獲得熱環境下結構熱-聲-振耦合動力學回響。.根據飛行器結構嚴峻氣動加熱所產生的高溫度梯度特點，擬將熱環境產生的熱效應分解為材料熱效應、結構（熱應力、熱變形）熱效應，研究對結構動力學回響的影響規律。材料熱效應以考慮材料力學特性隨溫度的變化；結構熱應力效應主要考慮應力剛化引起的模態變化；結構熱變形效應擬研究結構本身形狀改變引起的結構剛度及質量的變化。.揭示上述三種熱效應對飛行器結構熱-聲-振耦合動力學回響的影響規律，並找出熱環境影響飛行器結構多場耦合回響的主要因素，為近空間高超聲速飛行器的結構設計提供參考依據。
結題摘要
高超聲速飛行器是航空航天領域最重要的戰略發展方向之一，對國家安全、國民經濟有著不可估量的重要意義。由高超聲速飛行引起的嚴酷氣動加熱、超強氣動噪聲及複雜機體振動等超常環境中，對結構設計提出了嚴峻挑戰。 本項目針對高超聲速飛行器結構在超常環境下聲振特性行為問題，展開數值、理論、實驗以及最佳化設計研究，揭示熱環境對結構聲振特性的影響規律，為高超聲速飛行器結構設計提供一定的參考依據。 開展了熱環境下結構聲振數值分析研究，探索熱環境引起材料屬性變化、熱應力對結構聲振耦合動力學回響的影響規律。針對低、中、高頻聲振問題對數值方法的要求不同，建立了熱環境下結構聲振分析的有限元方法，及混合有限元-統計能量分析方法，實現了結構低頻、寬頻的聲振動力學回響數值分析。 開展了熱環境下典型結構的理論分析研究，探索熱環境引起結構熱應力對結構聲振特性的影響機理。建立各向同性薄板在均勻熱載下的動態方程，分析熱環境下振動及聲輻射特性變化；在此基礎上，考慮橫向剪下效應和轉動慣量效應，基於厚板理論建立了夾層板的振動控制方程。此外，對正交各向異性層合板及無限長層合圓柱殼在濕環境下的振動及聲輻射回響展開了研究。 建立了受熱固支各向同性板的測試系統，開展了熱環境下結構的聲振實驗研究。對試件在不同溫度下進行模態測試，並對其在聲激勵和機械激勵作用下的振動回響及聲輻射特性進行測試；從實驗角度分析熱環境對結構聲振動態特性的影響。 在熱環境下結構聲振分析基礎上，開展結構最最佳化拓撲設計研究。考慮設計變數—熱應力—聲振特性間的複雜關係，建立了熱環境下結構動態最佳化設計方法。以振動回響或輻射聲功率為目標函式，考察均勻溫升環境中結構的拓撲最佳化問題，揭示了熱應力對結構聲振拓撲最佳化的影響規律。 綜上，本項目針對高超聲速飛行器在高溫高聲強環境中基本動態特性，展開了較為系統的研究，對高超聲速飛行器設計具有重要意義。
