变温度载荷下薄壁结构非线性动态响应分析.pdf

第 33卷第 6期 振动、测试与诊断 Vo1．33NO．6 2013年 12月 JournalofVibration，Measurement Diagnosis Dec．2Ol3 变温度载荷下薄壁结构非线性动态响应分析 李纪永， 李舜酩， 马 赛， 方立成 (南京航空航天大学能源与动力工程学院 南京，210016) 摘要 为了研究温度对结构动态响应的影响，计算薄壁结构在不同周期交变温度及不同稳态温度下的非线性动态 响应。首先，计算结构在不同周期交变温度载荷下的横向位移响应，探讨温度周期对响应的影响；其次，计算相同 声压级不 同温度下薄壁结构位移响应及其功率谱密度 。结果表明：热屈曲后大温度周期下结构动响应周期与温度 周期一致，温度急剧变化时，响应亦呈周期变化，但与温度变化周期不一致；热屈曲前后 ，结构在噪声载荷作用下相 轨迹反映结构平衡位置个数，存在两个平衡位置易导致结构跳变响应；随温度升高，结构刚度呈非线性，温度及噪 声对结构刚度的贡献大小差异导致不同的非线性动态响应 。 关键词 薄壁结构 ；周期温度 ；热屈曲；非线性动态响应 中图分类号 V215．5 荷对结构非线性动态响应的影响，并计算不 同温度 引 言 结构在噪声载荷下的动态响应 ，利用 welch法计算 了结构位移功率谱密度 ，分析稳态温度对结构响应 先进飞行器表面结构往往处在高温强噪声环境 的影响。 中[1]。超音速飞机机动飞行时蒙皮表面温度随工况 变化 ，航天飞机在返 回大气层时表面结构承受高温 1 计算模型的建立 强噪声，导弹舵翼在高速状态下亦处在声振及高温 环境 中，影响飞行的稳定性。薄壁结构在高温强噪 热及噪声复合载荷作用下，结构非线性运动方 声环境中易发生跳变响应 ，其反转 的应力加速 了结 程 。在模态坐标下可写为 构疲劳 ]。薄壁结构在热噪声载荷作用下的非线性 Mq()+Cq()+F舭 (q1(￡)，q2()，…，qL()，AT)一 响应特性得到了广泛深入的研究。文献[3]等研究 F() (1) 了气动、噪声、简谐载荷及随机载荷下薄壁结构的非 其中：M=== rM‘ 一I；C一 ra 一 [2 ]F~jJ一 线性动态响应 ，指出响应非线性时，共振频率 中心值 西 F~L；F一 F。 发生了移动。文献[4—5]研究了非线性位移响应的 第 r阶非线性恢复力矢量为 分形维数 ，计算了Lyapunov指数 ，指出了动态响应 L F (q ()，qz(￡)… ．，qL()，AT)一 d (△T)+ 具有混沌的特性。Amits等 利用实验及数值方 J一 1 法计算了跳变响应 的界限，指出热屈曲后随温度增 L L L L L ∑∑。qq+∑∑∑6qqq 大跳变响应所需 的噪声载荷变大。Przecop等[7]研 J一 1 = J 1 一J l一 究了热声载荷作用下金属薄壁结构考虑材料塑性时 (r一 1，2，… ，L) (2) 应力应变变化，并提出了预估其高周疲劳寿命 的几 其中：M 为质量矩阵；c为阻尼矩阵；