高超声速飞行器在大气层或跨大气层飞行时,机体将与大气发生剧烈摩擦,产生强烈的气动加热作用,对机体产生破坏。为了保证其完整性,需要在表面铺设热防护系统结构。热防护系统在热环境和噪声的共同作用下,有可能出现高斯或非高斯的响应,将对其疲劳寿命计算提出挑战。本文将多层热防护系统简化为弹性基础上的复合材料薄板,基于Kirchhoff薄板假设和Von Kármán大变形理论建立了多模态动力学模型,利用静态缩聚方法和Galerkin方法推导了非线性动力学方程,使用四阶龙格库塔方法对非线性动力学方程进行积分,得到了薄板振动的动力学响应。同时建立了有限元模型进行仿真计算。理论和仿真结果均表明薄板在随机噪声压力和热环境的共同作用下,响应有可能表现为高斯或非高斯过程。薄板承受低温载荷时,在低声压级噪声作用下,其位移和应变响应均为高斯过程;在高声压级噪声作用下,位移出现对称的非高斯分布,而应变出现偏斜的非高斯分布。当薄板承受的温升增大发生热致屈曲时,在温度和噪声激励的联合作用下会出现间歇性或持续性的跳变,此时位移会出现不相等的双峰分布,而应变出现偏斜的双峰分布。温升继续增大时薄板围绕大的过屈曲位移做小幅振动,不发生跳变。此外由于热防护系统在机体表面拼接而成,每一块TPS结构之间的缝隙有刚度较小的气凝胶材料密封连接。在密封材料作用下,边界条件并非理想的不可移动边界,而是弹性边界。弹性边界条件将显著影响板结构的动响应行为。本文将弹性边界简化为模量较小的各向同性材料,利用有限元仿真计算了边界材料弹性模量对薄板动响应的影响。结果表明边界材料的弹性模量将改变结构的临界屈曲温度和薄板的过屈曲位移,从而影响动力学响应。在动力学响应计算的基础上进行了疲劳损伤计算,雨流计数法不要求应变为高斯过程,但其需要较长时间的动响应才能保证结果的稳定性;而频域方法则需要响应为高斯过程,对于实际工程过于苛刻。本文采用频域的Bendat方法和Dirlik方法进行计算,并使用Claudio非高斯修正方法进行修正,将雨流计数方法作为标准进行对比。结果表明当响应为窄带过程时需要用Bendat方法进行计算,Dirlik方法的结果损伤将偏小;当响应为宽带过程时,需要用Dirlik方法进行计算,Bendat方法的损伤过于保守,无法采用。响应为非高斯过程时,使用Braccesi公式进行非高斯修正才能得到贴近雨流计数法的结果。