变温阻尼系统建模及其参数反演方法研究

Accurately determining the damping characteristics of these structures at elevated temperatures is a complex problem, caused by the most of physical properties and boundary conditions of complex mechanical system are temperature dependent, which making the most of the existing damping model is not applicable. This program will develop a damping modeling by phenomenological ideological, which can reflects the damping characteristics of the complex mechanical systems under varying environmental temperature over a wide frequency range. The damping model not only has a frequency-dependent properties, but has also the ability to describe the influence of temperature effects on energy dissipation. Then, a identification method based on frequency domain is proposed for phenomenological damping model, this methodology could improve the identification efficient and robustness by data compression technology and multiobjective optimization. Since the temperature distribution on structures is important for dynamic analysis in varying temperature environment,thermal parameters identification methods for the mechanical systems considering thermal effects will be also presented. The purpose of this project is to provide accurate dynamic simulation analysis technology for the development of complex environmental mechanical design methods in our country.

复杂机械系统的物性参数和边界状态都具有随温度变化的特点，由于各种影响因素变化程度的差异，导致该系统能量耗散机理发生改变，阻尼特性十分复杂，使得现有的大多阻尼模型不再适用，如何将变温环境中的不同阻尼机制重新整合成系统整体的运动方程表达式是该系统阻尼建模的主要困难。本项目根据变温环境下复杂机械结构的阻尼变化特性，提出一种能够在宽频带内描述该系统宏观阻尼特性的唯像模型，该模型既有非黏性阻尼模型的频率依赖性，又具备反映温度效应影响的能力。在此基础上提出一种基于压缩频响，兼顾效率和鲁棒性的温变系统阻尼辨识方法。另外考虑到系统热分布模型的准确性对阻尼建模有着至关重要的影响，提出一种适用于温变系统的函数型热物性参数辨识方法，为顺利开展热环境下的阻尼研究提供基础。本项目旨在为我国复杂环境机械设计提供准确的动力学仿真分析方法。

热环境下的复杂机械结构而言，温度变化使得结构刚度、阻尼特性都发生显著变化，建立的模型如何准确反映这一特点是结构动力学建模的中关键问题。进而造成系统响应不确定性更加明显，给复杂机械结构建模带来了新的挑战。项目围绕影响高温环境下结构阻尼建模与参数辨识的若干关键问题开展研究。首先提出了一种热物性参数的函数表达形式，通过对基函数系数进行辨识完成结构热物理场的构造，实现了热物性参数在变温环境下的降维，降低了反演过程的不适定性。随后提出了具有局部非线性特征的混合空间复模态子结构模态综合法，解决热环境下非线性动力学分析效率问题，并将减缩技术引入模型修正中，极大的提高了建模修正的迭代效率。同时，发展了考虑不确定性的热结构模型修正方法，拓展了热结构模型力学响应预测能力，提高了模型的可靠性，为后续的阻尼建模与参数辨识打下了基础。最后项目提出了一种热环境下考虑系统频变特性的阻尼比模型，并给出了相应的阻尼辨识方法。研究结果表明，采用本项目研究提出的修正方法和阻尼模型，能够提高热结构的动响应分析精度，为热环境下结构动力学准确建模提供了技术支撑。项目研究成果有望应用于航空航天飞行器的结构设计，动强度校核与评估等领域中。