高速飞行器在大气层中执行任务时,其结构将承受气动载荷和气动加热,而气动加热将给结构力学行为带来众多不利影响。一方面,气动加热使结构的弹性属性(如杨氏模量)显著降低,进而降低结构材料的承载能力。另一方面,结构边界约束会限制材料热膨胀,产生热应力,进而降低结构的抗屈曲能力,并使结构动力学特性发生显著变化。因此,对高温环境下梁、板结构动力学特性的研究有助于理解和揭示热环境下飞行器结构所呈现的复杂动力学行为。本文采用线性和非线性有限元建模技术对热环境下的梁、板结构建模,对非定常高温环境下的梁、板的热弹性动力学正问题和反问题进行研究。论文的主要内容和学术贡献如下:1.在时变温度场中,建立了含轴向弹性支撑的细长梁和含面内弹性支撑的矩形薄板的热振动有限元模型。基于时变自回归(TVAR)模型,提出一种识别温度变化条件下结构时变模态参数的方法。在该方法中,结合BIC准则和灰色关联度分析,确定TVAR模型阶数和基函数维数。针对多种类型的非定常加热环境,采用该方法识别了上述细长梁和矩形薄板的时变模态参数,研究了方法的有效性。2.针对非定常热环境中的弹性结构,考虑时变的材料属性和热应力,提出了一种识别结构温变属性的方法。该识别问题可以描述为如下有限元模型修正过程:首先将温变属性表示为一个低阶多项式;然后构建一个整合的目标函数,采用粒子群优化技术寻求该目标函数的最小值,从而同时确定上述多项式的系数和阶数。通过在均匀分布温度场中具有轴向可移动边界双简支梁的参数识别问题,验证了该方法的有效性。3.设计了高温环境下的梁状结构振动实验,研究了非定常热环境中梁状结构的时变模态参数识别和有限元模型修正问题。基于识别的模态参数,采用Kriging代理模型和基于优化的有限元模型修正方法,修正了该结构的有限元模型。实验结果验证了时变模态参数识别方法的有效性,修正后的模型瞬时频率和实验识别结果高度吻合。4.针对柔性梁容易发生热屈曲等大变形行为,发展了一种基于绝对节点坐标描述的缩减热弹性梁单元,并采用该单元研究了热弹性梁的动力学方程求解、模态分析、线性屈曲以及非线性屈曲等问题。通过数值算例探讨了悬臂梁的大变形、线性和非线性屈曲,稳态温度环境下简支梁的前屈曲和后屈曲行为,非定常温度环境下简支梁的时变模态参数识别等问题。