热振
热振是一种材料表面处理后的检验方法，通过对受检试样进行加热并快速冷却来测定镀层的结合力。这种方法适用于评估基材和镀层因热膨胀系数不同而导致的变形差异。
原理
热振是一种典型的多场耦合问题，常见于航空发动机、核电站、高速飞行器等领域。这些结构通常在高温振动环境下工作，热应力和振动对结构的刚度、应力、频率和寿命有着重要影响。因此，开展热振作用下结构的拓扑优化设计研究至关重要。这种设计既要考虑热控制，确保结构具备适当的散热或隔热性能，又要考虑振动控制，防止结构处于工作频率附近，避免共振现象。
研究领域
复杂结构的热振特性研究
复杂结构，如飞行器发动机燃烧室，因其构型复杂、材料多样、工作环境苛刻等特点，其热振特性研究尤为重要。这些结构常采用薄壁设计，材料参数非单一，结构形式复杂。在加热过程中，由于不同部位受热不均，表面会出现较大温差，产生热应力，影响动力学特性。此外，火焰筒结构在温度场作用下会发生热变形，影响冷却和燃烧效率，过高的温度还会降低结构横向刚度，甚至可能引发结构屈曲。因此，研究此类结构在热环境下的振动特性对结构安全性和稳定性具有重要意义。
理论基础
热环境下的应力描述
在已知瞬态温度场的基础上，可以通过热膨胀系数计算每一时刻各点的温度初应变。对于弹性体结构，存在初应变时，总应变为温度初应变和弹性应变之和。热应力可通过弹性矩阵和总应变之间的关系进行计算。
结构热刚度矩阵的形成
考虑温度效应时，结构初始刚度矩阵会因材料弹性模量变化和热应力的存在而改变。在极端热环境下，还需考虑几何非线性影响。结构的热刚度矩阵可通过积分几何矩阵和弹性矩阵来表示。
考虑温度效应的结构热模态分析方法
在稳态温度场下，无阻尼系统的自由振动方程可用于计算热效应下修正的热刚度矩阵。
数值模拟
利用有限元分析方法，可以对结构在热环境下的振动特性进行有效的数值模拟。以发动机燃烧室结构为例，通过建立有限元模型，考虑不同工况下的温度变化，可以得出结构的动力学参数随温度的变化规律。
研究结论
研究表明，冲压喷气发动机燃烧室结构的热振特性不仅受弹性模量变化的影响，还涉及热应力分布和几何非线性因素。数值分析和实验结果一致显示，随着温度升高，结构模态频率下降，模态阻尼呈特定变化趋势。此外，热应力和几何非线性对模态振型的影响较小。
焊接构件热振复合时效的数值和试验分析
海洋平台建造过程中，焊接工作量大，残余应力问题突出。焊接残余应力会影响构件的承载能力和疲劳寿命。目前，常用的局部热时效法可能会引起组织和性能变化。因此，海洋平台建造中开始探索采用振动时效调整焊接残余应力。然而，对于大刚度、共振频率高的DH36厚板焊接结构，常规振动时效设备难以达到共振频率，效果受限。高频振动时效技术虽适用于小尺寸或薄壁构件，但在大刚度焊接构件上的应用仍面临挑战。
针对这一问题，提出了一种新的热振复合时效(TVSＲ)方法。通过比较VSR与TVSＲ消应力的效果，并结合试验与有限元法探讨了TVＳR的作用机制。
试验结果及讨论
试件模态分析
通过有限元分析，估算了试样的固有频率和振型。试样在长度方向上做横向弯曲振动，试样中心的振幅最大。
振动时效(VSR)试验
VSR设备的振动频率范围为0至100Hz，但由于试件固有频率过高，VSR无法在固有频率附近进行。最终选择的激振频率为92Hz，处理时间为30分钟。残余应力测量结果显示，横向残余应力降低22.6%，纵向残余应力降低6.7%。尽管VSR在亚共振条件下进行了处理，但距离最佳效果仍有提升空间。
研究结论
针对大刚度厚板焊接构件，提出了非共振条件下使用的热振复合时效处理方法。通过试验和数值模拟分析了其机理。TVＳR通过降低DH３６材料的弹性模量和屈服强度，提高了残余应力的释放程度。55mm厚DH３６矩形焊件经TVＳR处理后，横向和纵向残余应力分别降低了41.3%和43.6%。