考慮可制造性的加筋雙層板隔聲優(yōu)化.pdf

1、金屬波紋芯體夾層結(jié)構(gòu)以其比強度和比剛度高的優(yōu)點，被廣泛用于現(xiàn)代高速運載工具。其結(jié)構(gòu)-聲學(xué)優(yōu)化需要建立可靠的聲透射損失計算方法，以實現(xiàn)在不降低結(jié)構(gòu)剛度的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)輕量化及降低運載工具內(nèi)部噪聲水平的目標。
　　本文首先運用有限元法計算金屬波紋芯體加筋雙層板在簡諧平面聲波激勵下的聲透射損失（STL）。分別建立了結(jié)構(gòu)路徑傳聲和結(jié)構(gòu)-空腔耦合傳聲兩種模型，計算結(jié)果表明，當空腔介質(zhì)為空氣時，結(jié)構(gòu)路徑傳聲模型和結(jié)構(gòu)-空腔耦合模型的聲透射損失曲

2、線基本重合，空腔介質(zhì)與結(jié)構(gòu)的耦合作用表現(xiàn)為弱耦合作用。然后在筋板截面積不變的約束條件下，通過有限元計算分析了筋板傾角、面板間距和面板厚度對加筋雙層板隔聲性能的影響。發(fā)現(xiàn)筋板傾角對于加筋雙層板特定頻帶的聲透射損失有顯著差異，因此根據(jù)聲源頻率選擇合適的筋板傾角可以達到較優(yōu)隔聲效果。
　　進一步應(yīng)用聲-固耦合理論，以筋板傾角為45°的梯形加筋雙層板結(jié)構(gòu)為例，在頻帶為10-2500Hz范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)耦合效應(yīng)對透射聲功率影響不大。同時對于結(jié)構(gòu)

3、傳聲模型和結(jié)構(gòu)-空腔耦合模型計算得到的局部頻段出現(xiàn)的透射聲功率較大差異進行解釋。結(jié)構(gòu)-空腔耦合模態(tài)分析結(jié)果表明，這兩種模型計算得到的局部頻段出現(xiàn)的透射聲功率差異與空腔聲模態(tài)和結(jié)構(gòu)-空腔耦合模態(tài)存在關(guān)聯(lián)關(guān)系。而且，隨著雙層加筋板拓撲結(jié)構(gòu)的變化，空腔幾何形狀改變而引起的腔體聲模態(tài)及結(jié)構(gòu)-空腔耦合模態(tài)變化導(dǎo)致加筋雙層板透射聲功率在局部頻段峰值和谷值頻率不同，因而不同芯體拓撲結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)傳聲模型與結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合模型計算得到的透射聲功率出現(xiàn)差異的頻

4、段也不同。
　　最后，考慮芯體結(jié)構(gòu)的可制造性，在加筋雙層板整體質(zhì)量和剛度等約束條件下對金屬加筋雙層板進行了結(jié)構(gòu)-聲學(xué)優(yōu)化。為了提高優(yōu)化目標函數(shù)計算的效率，應(yīng)用譜元法(SEM)替代傳統(tǒng)有限元方法建立了加筋雙層板結(jié)構(gòu)在簡諧平面聲波激勵下的振動響應(yīng)分析模型，通過與有限元方法的對比，表明譜元法(SEM)在求解該類問題時具有精度高和求解速度快的優(yōu)點。整個結(jié)構(gòu)-聲學(xué)優(yōu)化采用單參數(shù)優(yōu)化與多參數(shù)聯(lián)合優(yōu)化對照的方式，首先在筋板質(zhì)量和總質(zhì)量不變的約束

5、條件下，建立加筋雙層板的單參數(shù)優(yōu)化模型，以不同頻段最小平均透射聲功率為目標，分別優(yōu)化筋板傾角和面板厚度。而對筋板傾角和面板厚度兩個變量的多參數(shù)優(yōu)化使用多島遺傳算法（multi-island genetic algorithm，MIGA），同樣在加筋雙層板整體剛度和質(zhì)量約束條件下，以平均透射聲功率為目標對結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)進行了多參數(shù)優(yōu)化計算。結(jié)果表明，在不同優(yōu)化頻段MIGA都可以得到滿意的優(yōu)化結(jié)果；而且，相較于單參數(shù)優(yōu)化，多參數(shù)優(yōu)化得到的加筋