熱環(huán)境下功能梯度板殼結(jié)構(gòu)振聲特性研究.pdf

1、功能梯度材料（Functionally graded materials，F(xiàn)GM）是一種材料性能在空間位置上連續(xù)變化的非均勻先進(jìn)復(fù)合材料。與傳統(tǒng)復(fù)合材料相比，功能梯度材料的性能或微結(jié)構(gòu)在空間位置連續(xù)變化，其環(huán)境適應(yīng)性強且具有可設(shè)計性。功能梯度材料的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)拓展到航空航天、核能、光學(xué)、聲學(xué)、機械工程、生物醫(yī)學(xué)、土木工程等領(lǐng)域，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。FGM結(jié)構(gòu)的振聲特性研究對于FGM結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、參數(shù)反演、無損檢測等方面具有重要意義

2、。本文圍繞FGM板殼結(jié)構(gòu)的振聲特性，以解析方法為主，結(jié)合數(shù)值計算的方法，在FGM板殼結(jié)構(gòu)振聲機理、建模及特性分析等方面展開研究，主要研究工作如下：
　　研究了基于板理論的熱環(huán)境下FGM板的振動建模。根據(jù)Hamilton變分原理，推導(dǎo)了基于多種板理論的熱環(huán)境下FGM板的振動控制方程，分析了熱環(huán)境對FGM板的振動特性的影響，比較了均勻化模型對FGM板自由振動頻率計算結(jié)果的影響，重點分析了不同板理論在熱環(huán)境下FGM板振動建模方面的差異。

3、
　　建立了基于狀態(tài)空間方法的FGM板的聲輻射響應(yīng)分析模型。結(jié)合狀態(tài)空間方法，推導(dǎo)了基于三維彈性理論的FGM板運動控制方程，并結(jié)合模態(tài)疊加的方法，獲得了FGM板在橫向載荷下的動態(tài)響應(yīng)，而后，利用Rayleigh積分得到了FGM板的聲輻射。最后，討論了材料梯度分布、形狀尺寸、載荷形式以及阻尼等因素對FGM板的聲輻射的影響。
　　提出了考慮熱環(huán)境影響的FGM板聲輻射模型，研究了熱環(huán)境下FGM板的聲輻射特性。基于一階剪切變形板理論

4、，根據(jù)Hamilton變分原理，推導(dǎo)了FGM板在熱環(huán)境下的振動控制方程；并應(yīng)用Rayleigh積分，得到了置于無限大剛性障板上的FGM板的聲輻射響應(yīng)。分別討論了溫度分布、溫度變化等參數(shù)對FGM板聲輻射功率和聲輻射效率的影響，為FGM板聲輻射預(yù)測和優(yōu)化設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明：熱環(huán)境對FGM板的振動與聲輻射特性具有重要影響。
　　研究了熱環(huán)境下考慮橫向剪切作用的有限長FGM圓柱殼的振聲特性。由于曲率的影響，圓柱殼與板或者梁等結(jié)構(gòu)

5、具有不同的振聲特性。與研究熱環(huán)境下FGM板的振聲特性相似，本文考慮了橫向剪切變形和旋轉(zhuǎn)慣性的影響，推導(dǎo)了熱環(huán)境下FGM圓柱殼的振動控制方程；進(jìn)而通過 Kirchhoff-Helmholtz積分方程并結(jié)合穩(wěn)相法，得到了置于半無限長圓柱障上的FGM圓柱殼的聲輻射。最后，詳細(xì)討論了熱環(huán)境對FGM圓柱殼的振動與聲輻射的影響。
　　研究了熱環(huán)境下含壓電層的混合FGM板的振聲建模。該混合FGM板由中心FGM層以及粘結(jié)于FGM層上下表面的兩層相

6、同的壓電層組成。基于一階剪切板理論，并根據(jù) Hamilton變分原理，假設(shè)電勢沿層厚方向為二次分布函數(shù)，推導(dǎo)了熱環(huán)境下含壓電層的混合FGM板的振動控制方程，并利用Rayleigh積分，給出了熱環(huán)境下含壓電層的混合FGM板的聲輻射模型。研究了含壓電層的混合FGM板在熱環(huán)境下的振動和聲輻射特性，討論了體積分?jǐn)?shù)指數(shù)、溫度場、溫度變化以及外載電壓等參數(shù)對該混合FGM板聲輻射的影響。
　　實驗研究了梯度層合板的振動與聲輻射特性，并與理論計算