贺旭东，吴 松，张步云，陈怀海

(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室 南京，210016)



热应力对机翼结构固有频率的影响分析*

贺旭东，吴 松，张步云，陈怀海

(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室 南京，210016)

研究了热应力对飞行器机翼结构固有频率的影响。用ANSYS建立机翼结构有限元模型，计算了均匀温度场、非均匀温度场和非均匀可变温度场条件下的结构热应力分布和振动模态。根据固有振动的结构变形,分析了热应力对固有频率的影响效应。研究结果表明，热环境下机翼结构因材料属性的退化导致固有频率下降，但对于振型节线处于翼面内部的振动模态，附加热应力刚度矩阵在结构总刚度矩阵变化中起主导作用，使该阶固有频率增大。

高超声速； 热应力； 固有频率； 可变温度场

引 言

随着高超声速飞行器的发展及飞行速度的提高，人们开始认识到热效应是研究高速飞行器结构气动弹性力学的关键因素之一，在结构动力学分析与设计中必须考虑温度效应的影响。

热效应使结构材料属性下降，并在结构内部产生分布不均匀的热应力，引起飞行器结构振动特性发生改变。Heeg等[1]对两个不同材料制造的航天飞机的真实飞行状态进行了研究，结果表明，航天飞机表面真实温度从常温变化到2 700 ℃以上时，结构的固有频率剧烈变化高达30%以上。Sabour等[2]研究了旋转结构在热环境下的振动问题，指出结构固有频率受到温度场和离心刚度的共同影响。……