高超聲速飛行器極端環境下動力學環境預示方法研究

《高超聲速飛行器極端環境下動力學環境預示方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由於開平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高超聲速飛行器極端環境下動力學環境預示方法研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：於開平

項目摘要

高超聲速飛行器結構要經受高溫、大溫梯度以及高強氣動噪聲這樣極端的氣動環境，這給飛行器結構動力學建模、回響預示研究帶來極大的挑戰。本項目以高超聲速飛行器動力學環境預示問題為背景，以典型結構形式和材料的壁板結構動回響分析為目標，研究高超聲速飛行器極端條件下全頻段的動力學環境預示方法。包括熱環境下全頻段動回響分析的建模方法；以熱振回響數據為依據的熱環境下結構低頻動回響計算的有限元模型修正問題；以聲振試驗數據為依據的中高頻模型修正問題；高自由度時變參數結構及分布載荷作用下的隨機動回響高效計算方法及軟體開發；全頻段動回響計算技術及高溫熱振試驗技術等。目標是解決高超聲速飛行器動力學環境預示關鍵科學技術問題，為動力學環境條件制定提供重要的理論基礎和技術手段，同時可引領極端環境下結構動力學問題的研究，賦予經典結構動力學以新的內涵，促進學科發展。

結題摘要

本項目以高超聲速飛行器動力學環境預示問題為背景，研究了高超聲速飛行器極端條件下全頻段的動力學環境預示方法。針對典型防熱承力結構的複合材料夾層板結構，提出了新的分段低階剪下變形理論和分段高階剪下變形理論模型。與經典解析模型、傳統低階和高階剪下變形理論比較分析表明新方法更加精確且適用範圍更廣。通過整合分層模型和等效單層模型的優勢，提出了用於複合材料層合板和夾層板結構建模的分段剪下變形模型，並且以該模型為基礎發展出了一種用於熱環境下複合材料層合板和夾層板結構熱振分析的C0連續四節點四邊形等參板單元。與現有的模型相比，可以用較小的計算量獲得足夠精確的計算結果，具有很高的實際工程套用價值。針對固定支撐條件，給出熱環境下複合材料夾層板結構高溫環境下的傳聲損失特性的理論結果。 對於高頻計算的統計能量分析模型，提出了改進的通用的夾層板理論，並基於該理論在考慮邊界條件影響情況下給出了夾層板模態密度計算理論方法，克服了現有經典公式各向同性假設的局限性，修正了計算正交各向異性夾層板模態密度的誤差。針對統計能量分析模型參數具有顯著對的不確定性，引入區間分析方法，建立了參數靈敏度和瞬態回響的區間分析理論。針對高超聲速飛行時變質量及高溫引起的時變剛度問題，建立了變質量系統哈密頓定律，並以此發展出了用於線性時變結構瞬態回響分析的協調及不協調兩類時間有限元算法。針對時變算法計算量大的問題，基於多重多級子結構方法提出了一個高效的線性時變結構瞬態分析方法，與整體分析方法有相同計算精度，但有具有更高的計算效率。 針對常用的動載荷識別的正則化類方法中參數選取依據不足問題，提出了一種最優正則化參數選取的商函式方法，與常用的L曲線方法相比較，不需要事先將最優正則化參數值確定在一個較小的範圍內，就能保證最優正則化參數在搜尋範圍內。針對遙測數據中的噪聲並不具有明顯的高斯白噪聲特性，引入L∞範數擬合，提出了一個新的動載荷識別步驟。