高温环境下结构动力学模型修正方法研究

《高温环境下结构动力学模型修正方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、高温环境下结构动力学模型修正方法研究11袁昭旭，于开平(哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001)1摘要：本文探讨了在高温环境下，结构动力学有限元模型的模型修正方法。本文提出了一种基于灵敏度分析的高温环境结构动力学模型修正方法。本方法的优点在于，可以通过灵敏度分析更加直观地体现物理参数与高温环境动力学响应之间的复杂关系。在研究过程中，以碳纤维/双马树脂基复合材料层合板作为研究对象，进行了高温环境振动试验。利用试验数据，对其有限元模型进行了修正。修正后，有限元模型计算响应与试验结果对应良好，证明了方法的有效性。关键词

2、：高温环境结构动力学，模型修正，复合材料，灵敏度分析中图分类号：O327Astudyonmodelupdatingofstructuresinhightemperatureenvironment11ZhaoxuYuan,KaipingYu(DepartmentofAstronauticalScienceandMechanics,HarbinInstituteofTechnology,Harbin,150001,P.R.China)1Abstract:Modelupdatingmethodofstructuresinh

3、ightemperatureenvironmentisstudiedinthispaper.Methodpresentedinthispaperisbasedonsensitivityanalysis.Theadvantageofthismethodisthatitprovidesaconvenientwaytoshowthecomplexrelationbetweenphysicalparametersanddynamicresponses.Inthisstudy,acarbonfiber/bismaleimide

4、(BMI)resinmatrixcompositelaminateplateistestedinhightemperatureenvironment.Thefiniteelementmodelisupdatedwithtestdata.Aftermodelupdating,errorsbetweentestmodalandfiniteelementcalculationisnarrowed,whichprovestheeffectivenessofthemethod.Keywords:structuredynamic

5、inhightemperatureenvironment;modelupdating;compositelaminate;sensitivityanalysis1引言近几十年来，高超声速飞行器的动力学问题一直为研究者们所关注。[1][2]高超声速飞行所带来的高温环境对于结构的动力学特性有着较大的影响，故高温环境结构动力学是一项重要的研究课题。本文提出了一种新的基于贝叶斯参数估计的模型修正方法，并将其应用于复合材料层合板模型的修正工作中。在实际工程中，常常使用有限元等数学模型来对系统的动力学特征及相应进行预示。但是由

6、于数学模型本身以及建模者的因素总会造成一定的误差，这种误差体现在数学模型与试验模型之间的不吻合。为了提高有限元模型的预示精度，学者们提出了模型修正的概念。利用试验数据对模型进行修改，从而使有限元模型与试验模型更加吻合。从20世纪80年代开始，模型修正的基础理论开始逐步形成，并延伸出大量的方法。Mottershead和Friswell[3][4]对这些方法进行了系统的总结，在此不再复述。对于高温环境下的模型修正方法，目前的研究还很少。Humbert,L.[5]提出了基于热弹性场的修正方法，这种方法强调了热应力对结构动特

7、性的影响，但是由于热弹性场本身的测基金项目：国家自然科学基金项目(No.11172078)；试有一定难度，故工程应用价值有限。Cheng[6]提出了高温环境分级模型修正方法，将温度场参数和结构物理参数分为两个级别进行修正。Sun[7]利用模型修正的方法，对结构热参数进行了辨识，在他的研究中考虑了材料热物理参数随温度变化的特性。在这些研究中，都使用了优化型的模型修正算法。但是在模型修正领域，基于灵敏度的修正算法因为其更加明确的物理意义和更高的运算效率而为研究者所推崇。本文研究了基于灵敏度的高温环境模型修正方法，并利用此

8、方法对复合材料层合板结构进行了修正。2修正原理从原理上来讲，高温环境对结构振动特性的影响归根结底是对结构整体刚度矩阵的影响。考虑结构整体刚度受温度影响主要有两方面：一方面在高温环境下，材料弹性模量E温度的改变而发生较大幅度的变化，进而降低了结构本身的整体刚度。另一方面，结构在高温环境下不可避免的会在内部产生温度梯度，这将会引起结构内部一定的热应