單向加筋雙層板的結(jié)構(gòu)-聲學(xué)優(yōu)化研究.pdf

1、高速載運工具車(機)體的結(jié)構(gòu)首先必須滿足強度和剛度足夠高的要求,同時又要輕量化,以減輕重量和減少能源消耗。夾層板殼便是為滿足這些要求而發(fā)明的特殊復(fù)合材料結(jié)構(gòu)之一。以金屬波紋板為芯體、以金屬薄板為上下面板構(gòu)成的全金屬夾層板是其中的一種結(jié)構(gòu)形式。這些波紋芯體金屬夾層板因為芯體對面板起中間加筋板作用,屬于單向加筋雙層板。因為波紋芯體金屬夾層板在飛機機身和高速機車車體上都有應(yīng)用,對外部聲源,特別是高速行駛時的空氣動力噪聲起隔聲作用。因此,全面認

2、識這類夾層板結(jié)構(gòu)的聲透射機理,并以此為基礎(chǔ)建立表征其隔聲能力的聲透射損失有效計算方法,是實現(xiàn)以輕量化和車(艙)內(nèi)低噪聲水平為目標(biāo)的現(xiàn)代高速載運工具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵。
　　本文針對高速載運工具使用的波紋芯體金屬夾層板,圍繞其輕質(zhì)、高隔聲性能為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)‐聲學(xué)優(yōu)化問題開展研究工作。首先為考察聲透射機理分析建模廣泛采用的筋板“聲學(xué)透明”假設(shè)對于加筋雙層板隔聲計算的適用性,對典型波紋芯體加筋雙層板在簡諧平面聲波正入射和斜入射激勵下的聲透

3、射損失(STL)進行有限元分析。分別建立筋板聲學(xué)透明聲腔和結(jié)構(gòu)‐聲學(xué)全耦合加筋雙層板的有限元模型,計算得到結(jié)構(gòu)具有不同芯體構(gòu)型和腔內(nèi)聲學(xué)介質(zhì)時的STL曲線。計算結(jié)果表明,筋板“聲學(xué)透明”假設(shè)模型帶給加筋雙層板 STL計算誤差取決于筋板結(jié)構(gòu)阻抗和筋板間腔內(nèi)介質(zhì)聲阻抗相對大小。對于高速載運工具使用到的多數(shù)加筋雙層板結(jié)構(gòu),如果腔內(nèi)聲學(xué)介質(zhì)為空氣,引入筋板結(jié)構(gòu)聲學(xué)透明假設(shè)計算得到的隔聲結(jié)果能夠滿足工程精度要求。
　　由于有限元方法對網(wǎng)格細

4、化的嚴(yán)格要求,采用有限元方法計算典型波紋芯體加筋雙層板結(jié)構(gòu)的隔聲問題求解規(guī)模巨大、計算效率低下,特別在求解高頻段時,采用有限元方法幾乎不能完成求解。因而需要尋找一種效率更高的計算方法求解雙層板結(jié)構(gòu)的隔聲問題。為此,本文進一步建立了基于譜單元理論計算單向雙層加筋板結(jié)構(gòu)經(jīng)結(jié)構(gòu)路徑的聲透射損失計算方法和流程。為建立這一方法,先推導(dǎo)了桿的縱向振動和Euler‐Bernoulli梁的橫向振動譜單元公式。對直梁在集中載荷和分布載荷作用下的縱向和縱向

5、振動響應(yīng)分別用譜單元公式計算,并與模態(tài)展開法求得的理論解相對比,驗證了譜單元方法求解此類結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的準(zhǔn)確性。然后,利用桿‐梁譜單元的組合來求解單向雙層加筋板結(jié)構(gòu)在入射聲壓激勵下的振動和聲輻射。譜單元方法求解此類結(jié)構(gòu)所得的振聲學(xué)響應(yīng)結(jié)果與ABAQUS求解得到的結(jié)果相比較,驗證了譜單元方法求解單向雙層加筋板結(jié)構(gòu)聲透射問題的可靠性。計算時間的比較說明用譜單元方法計算同一結(jié)構(gòu)、相同頻段(10~10000Hz)的聲透射損失所需計算時間只是有限元