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近年来,高超声速飞行器的研究飞速发展,飞行器在服役过程中面临的主要环境是由气动加热引起的高温与高声强环境。对于结构热环境下的中高频振动环境预示的要求也有了更多的需求。 目前,在中低频领域,热环境下的有限元(FEA)计算已经有了比较完善的发展,不仅是控制方程的推导,还有热振响应数值计算;在中高频领域,统计能量法(SEA)也有比较广泛的应用。但是统计能量法不能计算结构内部的响应以及目前并没有成熟的热环境计算方法,传统有限元法又不能很好的预示中高频响应,因此,对于结构的热环境中高频振动特性研究也亟待发展。 同时,对于中高频领域的结构振动环境预示问题,目前大多基于能量法。统计能量法(SEA)作为能量法的一个成熟应用,已经有了长足的发展,但统计能量法将系统分为各个子系统,只能得到子系统的响应的情况,无法得到结构具体位置的响应。而能量有限元法(EFEA)正是为了克服这类缺点应运而生的。 目前,能量有限元法(EFEA)在基本结构上的应用已经有了一定的发展,在不考虑热环境的因素下,已经在各向同性材料,复合材料等方面有了比较成熟的应用。但能量有限元法研究,在热环境下的复合材料方面仍然有待发展。 本文将用能量有限元法推导热环境下复合材料层合板的能量密度基本公式,希望补充该方法在复合材料热环境中高频方向的研究。因此,本文首先梳理了能量有限元法的基本公式,并对该方法在常温环境下的工程应用进行了验证;然后,根据能量有限元法的基本理论,研究了各向同性材料在热环境下的基本公式,并进行了验证;最后,本文重点对复合材料层合板的热环境能量有限元法基本公式进行了推导,在不考虑温度影响的情况下,与目前成熟的MSC.Nastran进行的模态叠加法响应计算和VA-One的统计能量法响应计算进行了对比验证;在热环境下与模态叠加法的计算结果进行了对比验证。此外还对比了热环境对结构引起的响应情况变化。 由于目前能量有限元法仍然在完善阶段,该方法在各种基本结构上还有待继续扩展,本文对热环境下复合材料层合板的能量有限元法基本公式推导,促进了复合材料的热环境中高频研究,对实际工程应用具有十分重要的指导意义。