夾層結(jié)構(gòu)振動聲輻射特性研究.pdf

1、目前，由于軍用、民用艦船均朝著高速、輕量化發(fā)展，比強(qiáng)度大、比重量輕的復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)開始受到關(guān)注。但在國內(nèi)的船舶與海洋工程領(lǐng)域，層合結(jié)構(gòu)的各方面研究還不深入，與國際先進(jìn)水平還存在著一定的差距；層合結(jié)構(gòu)在船舶與海洋結(jié)構(gòu)物上的應(yīng)用方面亦相當(dāng)薄弱。此外，振動和噪聲大大破壞了艦船的隱蔽性和舒適性，結(jié)構(gòu)振動和噪聲預(yù)報(bào)及其控制研究對民船和軍船都是一項(xiàng)十分重要的研究課題。本文主要采用有限元和聲學(xué)邊界元方法，對層合結(jié)構(gòu)中的夾層結(jié)構(gòu)振動和聲輻射特性進(jìn)行數(shù)

2、值分析，完成的主要工作和創(chuàng)新性成果如下：
　　 現(xiàn)有的夾層板理論大多僅考慮了芯板的垂向剪切應(yīng)變和應(yīng)力，很少考慮芯板的垂向正應(yīng)變和正應(yīng)力。而實(shí)際工程中，夾層板的芯板與面板相比其厚度要大得多，其彈性模量則要小很多，在變形過程中很容易產(chǎn)生垂向壓縮或拉伸變形。因此忽略芯層垂向正應(yīng)力和正應(yīng)變的夾層板理論是不盡合理的。同時(shí)，對于夾層板結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)在低頻時(shí)主要以彎曲振動的形式向外輻射噪聲，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到高頻激勵時(shí)，結(jié)構(gòu)會以壓縮波的形式向外輻射噪聲。

3、以往的夾層板理論由于忽略了芯層的垂向正應(yīng)變，將不能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的垂向壓縮振動模式，即夾層板對稱模態(tài)，這與結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形是不相符合的。為了消除上述不足，本文構(gòu)造了一個新的考慮芯板壓縮變形影響的夾層板單元。將上下面板分別采用基于一階剪切理論的Mindlin板進(jìn)行模擬，采用選擇積分技術(shù)，消除了計(jì)算時(shí)的剪切閉鎖問題；芯板位移和撓度沿厚度方向非線性變化，并用面板位移表示。該單元不僅考慮了芯板和面板的垂向剪切變形，還計(jì)及了芯板的垂向壓縮變形的影響。推導(dǎo)

4、了相應(yīng)的位移應(yīng)變關(guān)系，根據(jù)Halmiton原理建立了動力有限元方程，由能量守恒定律推導(dǎo)了夾層板的阻尼矩陣。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明本文所提出的夾層板位移模式是正確有效的；對于具有厚、軟芯板的夾層板的自由振動和動力特性研究，考慮芯板的橫向壓縮變形的影響是合理的，并且夾層板的芯板厚度相對越大，彈性模量相對越小，芯板橫向壓縮變形的影響就越大。
　　 耦合損耗因子是統(tǒng)計(jì)能量分析重要參數(shù)之一，通常只能在模態(tài)密度足夠大的高頻領(lǐng)域通過傳統(tǒng)的波動方法求

5、得。本文在前人工作的基礎(chǔ)上給出了一種夾層板間耦合損耗因子表達(dá)式，它可以由耦合夾層板的模態(tài)信息完全表示，且無需計(jì)算夾層板的響應(yīng)，能夠在低頻領(lǐng)域計(jì)算夾層板的耦合損耗因子。計(jì)算結(jié)果表明本文方法是正確有效的，且簡便易行，不僅為統(tǒng)計(jì)能量分析在低頻域應(yīng)用提供了可能，也給出了一種表征夾層板間能量傳輸損耗大小的簡單參數(shù)。
　　 在夾層板有限元分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用聲學(xué)邊界元法對夾層板在空氣中的聲輻射特性進(jìn)行研究，計(jì)算了不同物理和幾何芯板參數(shù)下夾層板

6、的聲輻射特性，探討了夾層板芯板參數(shù)對其聲輻射特性的影響。
　　 在本文夾層板有限元分析工作的基礎(chǔ)上建立了一種考慮芯板垂向壓縮變形影響的夾層加筋板有限元模型，其中加強(qiáng)筋采用Timshenko梁模型模擬，給出了夾層加筋板的動能和勢能，根據(jù)Hamilton原理推導(dǎo)了其控制微分方程，求解了夾層加筋板的固有頻率和響應(yīng)。
　　 推導(dǎo)了考慮芯層垂向壓縮變形影響的夾層梁的動態(tài)剛度矩陣。為動態(tài)剛度矩陣方法提供了一種新的單元類型。首先給出了