仿生加筋?yuàn)A層板結(jié)構(gòu)聲振耦合特性研究.pdf

1、夾層板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高且具有抗振減噪等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械建筑等領(lǐng)域。通常夾層板結(jié)構(gòu)的這種優(yōu)異性能主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，通過對(duì)夾層板進(jìn)行加筋可以更有效地改善其性能，然而工程設(shè)計(jì)中也無法得到加強(qiáng)筋的具體分布位置，現(xiàn)有的仿生設(shè)計(jì)方法也只能解決有限的實(shí)際問題。本文從雙子葉植物葉脈成型的過程出發(fā)，獲得了一種操作性簡單且可以得到具體加筋位置的仿生布局設(shè)計(jì)法。本文研究了各種加筋布局夾層板的動(dòng)力學(xué)性能，進(jìn)一步分析了各板的隔聲特性并做出對(duì)比分析。把植

2、物葉片仿生學(xué)應(yīng)用到了工程問題中，也為工程結(jié)構(gòu)的降噪提供了靈感。本文主要研究工作如下：
　　介紹了適用于夾層板結(jié)構(gòu)加筋布局設(shè)計(jì)的仿生設(shè)計(jì)法的主要內(nèi)容。建立了根據(jù)仿葉脈生長分析的優(yōu)化模型，得出了夾層板加強(qiáng)筋布局的仿葉脈生長設(shè)計(jì)過程。根據(jù)單元靈敏度數(shù)來判斷加強(qiáng)筋的生長和消亡，給出了仿生加筋生長法的主要參數(shù)。建立了蜂窩夾層板聲振耦合數(shù)值模型，分析了加強(qiáng)筋對(duì)夾層板結(jié)構(gòu)聲振特性的影響。
　　對(duì)仿生脈序加筋?yuàn)A層板的力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比分析。

3、利用仿生脈序生長法對(duì)三種典型工況下（邊緣受集中載荷的單邊固支板、中心受集中載荷的四角固支板和鄰邊固支板）的夾層板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加筋布局設(shè)計(jì)。對(duì)比仿生加筋?yuàn)A層板與傳統(tǒng)正交加筋?yuàn)A層板、無筋?yuàn)A層基板的相應(yīng)力學(xué)性能，結(jié)果表明本文所得的仿生脈序加筋布局設(shè)計(jì)的蜂窩夾層板具有更為優(yōu)秀的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能。綜合三種工況，仿生加筋?yuàn)A層板相比于傳統(tǒng)正交板的各低階固有頻率值均有不同程度的提高，基頻提高了7％-9.6%；動(dòng)載荷作用時(shí)最大共振幅值降低了27.8%-3

4、6.4%。
　　研究了仿生脈序加筋?yuàn)A層板的隔聲性能。分析了典型的蜂窩夾層板的隔聲頻率特性曲線，利用耦合邊界元-有限元方法建立夾層板隔聲量計(jì)算模型，對(duì)相同加筋布局的蜂窩夾層板進(jìn)行充液對(duì)比其隔聲量的變化，對(duì)形狀不同的蜂窩芯夾層板進(jìn)行了隔聲對(duì)比，并對(duì)三種夾層板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了吸聲系數(shù)的對(duì)比分析。同樣對(duì)比三種典型工況下仿生加筋?yuàn)A層板、傳統(tǒng)正交加筋?yuàn)A層板和無筋基板的隔聲性能，結(jié)果表明仿生脈序加筋布局夾層板具有更為優(yōu)秀的隔聲性能。綜合三種工況，仿生

5、加筋?yuàn)A層板在剛度控制區(qū)的隔聲量提高了1.5-4.2dB；模態(tài)共振頻率向高頻移動(dòng)，且隔聲低谷變淺。在不同頻段內(nèi)，蜂窩芯形狀的改變對(duì)隔聲特性的影響略微不同。通過對(duì)正交加筋?yuàn)A層板腔內(nèi)充不同密度的液體并與無介質(zhì)的夾層板進(jìn)行對(duì)比得出：液體密度越大其在低頻區(qū)域隔聲效果越好，在100-2000Hz頻域內(nèi)，充有二氯甲烷的加筋?yuàn)A層板比充有水的夾層板隔聲量提高了1.4dB，相比無介質(zhì)的夾層板提高了4.9dB。
　　以單邊固支板為例，對(duì)不同加筋布局的蜂