夾層結構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，比強度大、比重量輕的復合材料層合結構開始受到關注。但在國內的船舶與海洋工程領域，層合結構的各方面研究還不深入，與國際先進水平還存在著一定的差距；層合結構在船舶與海洋結構物上的應用方面亦相當薄弱。此外，振動和噪聲大大破壞了艦船的隱蔽性和舒適性，結構振動和噪聲預報及其控制研究對民船和軍船都是一項十分重要的研究課題。本文主要采用有限元和聲學邊界元方法，對層合結構中的夾層結構振動和聲輻射特性進行數(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變和應力，很少考慮芯板的垂向正應變和正應力。而實際工程中，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生垂向壓縮或拉伸變形。因此忽略芯層垂向正應力和正應變的夾層板理論是不盡合理的。同時，對于夾層板結構，結構在低頻時主要以彎曲振動的形式向外輻射噪聲，當結構受到高頻激勵時，結構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變，將不能體現(xiàn)結構的垂向壓縮振動模式，即夾層板對稱模態(tài)，這與結構的實際變形是不相符合的。為了消除上述不足，本文構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板進行模擬，采用選擇積分技術，消除了計算時的剪切閉鎖問題；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，還計及了芯板的垂向壓縮變形的影響。推導

4、了相應的位移應變關系，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了夾層板的阻尼矩陣。數(shù)值計算結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域通過傳統(tǒng)的波動方法求

5、得。本文在前人工作的基礎上給出了一種夾層板間耦合損耗因子表達式，它可以由耦合夾層板的模態(tài)信息完全表示，且無需計算夾層板的響應，能夠在低頻領域計算夾層板的耦合損耗因子。計算結果表明本文方法是正確有效的，且簡便易行，不僅為統(tǒng)計能量分析在低頻域應用提供了可能，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上，應用聲學邊界元法對夾層板在空氣中的聲輻射特性進行研究，計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原理推導了其控制微分方程，求解了夾層加筋板的固有頻率和響應。
　　 推導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