随着高超声速飞行器技术的发展,飞行器所处的气动热环境也越来越恶劣,热模态研究对于飞行器安全性能的保证越来越重要。本文以热环境中的两端固支梁和悬臂梁为研究对象,主要通过有限元仿真和热模态实验总结出了热环境中梁振动特性随温度变化的规律,为复杂结构的热模态研究提供了参考。具体工作如下:(1)推导了梁单元的初应力刚度矩阵,并验证了其正确性。利用Ansys Workbench仿真分析得到结论:梁横截面内热应力的分布对梁振动固有频率的影响是很小的,而梁局部弹性模量的变化对梁的固有频率和振型的影响都较大。(2)重点研究了三种模态参数识别方法:正交多项式曲线拟合法(OPF)、向量拟合法(VF)及EMD经验模态分解法。通过对一多自由度梁的理论频响函数曲线的拟合验证了OPF和VF在识别固有频率和振型方面的有效性,通过对实测的悬臂梁自由振动信号的分解和识别验证了EMD方法在识别固有频率和模态阻尼比方面的有效性。(3)搭建了热模态实验系统,分别在常温和高温下进行测试,并利用模态参数识别方法对实测数据进行了参数识别。最后发现OPF、VF及EMD都可以有效识别模态参数,但是各有优劣:OPF在振型识别方面精度更高、VF在固有频率识别方面精度更高、EMD在模态阻尼比识别方面精度更高。(4)基于以上各种模态参数识别方法,并通过热模态实验总结出了以下规律:悬臂梁固有频率随着温度的升高呈现下降趋势,且各阶模态越来越靠近;模态阻尼比在梁振动幅值相同的条件下会随着温度的升高而升高。