高超声速飞行器为降低结构质量和提高飞行效率,使用了许多薄壁结构。这些结构在飞行过程中经历如噪声载荷、和温度载荷等耦合作用,处于复杂的力学状态,将产生由几何大变形造成的非线性响应,导致结构疲劳寿命大幅降低。在飞行器设计过程中,由于直接威胁到飞行器安全,需要计算结构的非线性响应。在实际工程应用中,传统的非线性响应计算方法需要大量计算资源和存在局限性。本文探讨了模态降阶技术在预测热噪声复合环境下结构非线性响应中的应用。首先,全面地阐述了模态降阶技术的基本理论。针对运动微分方程中的非线性刚度矩阵不能直接获得的缺点,提出和推导了非线性刚度系数的简介获得步骤,从而建立降阶后的非线性模型,形成了模态降阶技术流程,并编写了基于模态降阶技术的非线性响应计算程序。其次,对模态降阶技术流程中如何选择模态向量作为降阶基底进行了详细研究。以加筋板结构为研究对象,选取模态作为降阶基底,计算得到降阶模型的非线性响应,与全阶模型非线性响应比较分析,探究了降阶基底对非线性响应计算的影响,得到了研究对象的最优降阶基底。同时,针对模态基向量的选择主要是依靠研究人员的实践经验,缺乏一种有效的定量分析手段的问题,提出了基于本征正交分解的降阶基底选取方法,详细推导了通过模态基向量对非线性响应的贡献度来确定降阶基底的原理和流程,以加筋板结构为研究对象得到的降阶基底与最优降阶基底一致,验证了基于本征正交分解方法选取降阶基底方法的有效性。接着以平板结构为研究对象,运用本征正交分解方法获得最优降阶基底,利用假设位移法间接得到该降阶模型的非线性刚度系数,计算该降阶模型在热噪声复合环境下的非线性响应。同时设计并进行热噪声试验,得到试验数据,将仿真结果与试验数据比较,证明了基于模态降阶技术的非线性响应计算方法的正确性。最后,提出了考虑声场与结构耦合关系的声固耦合模型。详细推导了声固耦合模型的运动方程,并提出了利用间接法获得模态坐标下的声固耦合矩阵方法。利用模态降阶技术计算声固耦合模型的非线性响应,与试验结果进行了比较分析,验证了声固耦合模型能提高非线性响应计算精度。