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(qiáng)度和比剛度高的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于現(xiàn)代高速運(yùn)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(jì)算方法，以實(shí)現(xiàn)在不降低結(jié)構(gòu)剛度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)輕量化及降低運(yùn)載工具內(nèi)部噪聲水平的目標(biāo)。
　　本文首先運(yùn)用有限元法計(jì)算金屬波紋芯體加筋雙層板在簡(jiǎn)諧平面聲波激勵(lì)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(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)空腔介質(zhì)為空氣時(shí)，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(guò)有限元計(jì)算分析了筋板傾角、面板間距和面板厚度對(duì)加筋雙層板隔聲性能的影響。發(fā)現(xiàn)筋板傾角對(duì)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(dá)到較優(yōu)隔聲效果。
　　進(jìn)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(duì)透射聲功率影響不大。同時(shí)對(duì)于結(jié)構(gòu)

3、傳聲模型和結(jié)構(gòu)-空腔耦合模型計(jì)算得到的局部頻段出現(xiàn)的透射聲功率較大差異進(jìn)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(jì)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?fù)浣Y(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?fù)浣Y(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(jì)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(duì)金屬加筋雙層板進(jìn)行了結(jié)構(gòu)-聲學(xué)優(yōu)化。為了提高優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)計(jì)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(jiǎn)諧平面聲波激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng)分析模型，通過(guò)與有限元方法的對(duì)比，表明譜元法(SEM)在求解該類問(wèn)題時(shí)具有精度高和求解速度快的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)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(duì)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(biāo)，分別優(yōu)化筋板傾角和面板厚度。而對(duì)筋板傾角和面板厚度兩個(gè)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(biāo)對(duì)結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)進(jìn)行了多參數(shù)優(yōu)化計(jì)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