蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的聲振特性研究.pdf

1、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)作為一種特殊的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，由于具有高比剛度、高比強度、性能可設(shè)計等優(yōu)點，在航天、航空、高速交通運輸工具和現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程等許多領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。隨著航天、航空飛行器和高速列車、汽車等交通運輸工具向大型化、高速化方向發(fā)展，其動力裝置也越來越向輕型和強載方向發(fā)展，由發(fā)動機激勵和高速氣流沖擊造成的結(jié)構(gòu)振動而引起的結(jié)構(gòu)聲向艙室內(nèi)傳入問題日益突出。艙室振動噪聲不但嚴(yán)重影響乘客的舒適度，而且也能引起某些部件的早期疲勞損壞，從而降低結(jié)構(gòu)

2、的使用壽命，在一定程度上制約了高速交通的發(fā)展。蜂窩夾層板件結(jié)構(gòu)，由于質(zhì)量輕、面積大，從而更易受激勵引發(fā)結(jié)構(gòu)振動，其造成的結(jié)構(gòu)聲輻射正成為艙室內(nèi)的主要噪聲源之一。因此研究蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的聲振特性，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輻射噪聲的定量描述，掌握蜂窩夾層結(jié)構(gòu)聲產(chǎn)生和傳播的各種影響因素及其影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)夾層板設(shè)計參數(shù)的聲學(xué)改進設(shè)計，對尋求高速交通運輸工具艙室內(nèi)噪聲控制的新方法和技術(shù)途徑具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價值。
　　 本文首

3、先從蜂窩夾層板的彎曲振動控制方程入手，考慮芯層橫向剪切變形和正交各向異性影響，通過引入位移函數(shù)和微分算子的方法將含有3個廣義位移的橫向振動控制方程組化為僅含一個位移函數(shù)的單一方程，在此基礎(chǔ)上，針對四邊簡支的邊界條件，獲得了矩形蜂窩夾層板固有頻率的解析解，理論結(jié)果與數(shù)值結(jié)果和實驗結(jié)果的比較驗證了本文方法的正確性和合理性；研究了結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計參數(shù)對夾層板固有頻率的影響機理。分析表明：芯層橫向剪切變形和正交各向異性均對夾層板固有頻率有較大影響

4、，分析中應(yīng)該予以考慮；各階固有頻率在面板厚度、蜂窩芯格壁厚和芯格邊長的常用取值區(qū)間內(nèi)取得最大值，在工程應(yīng)用中應(yīng)該予以考慮；各階固有頻率隨芯層厚度和面板楊氏模量的增加而上升，而蜂窩材料楊氏模量對固有頻率基本沒有影響。
　　 采用雙三角函數(shù)法建立了無限大障板上有限尺寸矩形簡支蜂窩夾層板隔聲特性的理論分析模型，提高了理論模型的低頻預(yù)測精度，計算結(jié)果與數(shù)值研究結(jié)果的比較驗證了本文方法的正確性；通過分析夾層板內(nèi)彎曲波數(shù)、彎曲波速與空氣中聲

5、速的關(guān)系，得到了夾層板臨界吻合頻率的表達式，并針對夾層板的力學(xué)特性提出了臨界頻帶的概念；分析了設(shè)計參數(shù)對夾層板隔聲特性的影響機理。分析表明：彎曲剛度和面密度是決定夾層板隔聲量和吻合頻率的關(guān)鍵因素，其他設(shè)計參數(shù)通過改變這兩個關(guān)鍵因素影響夾層板的隔聲特性。
　　 對夾層板封閉空間結(jié)構(gòu)-聲耦合特性進行了理論和實驗研究。首先運用格林函數(shù)法，分別得到了結(jié)構(gòu)和聲腔的模態(tài)響應(yīng)；基于結(jié)構(gòu)和聲腔模態(tài)響應(yīng)的矩陣表達式，提出了一種新的分析結(jié)構(gòu)-聲耦合

6、問題的方法，即將耦合的結(jié)構(gòu)和聲腔系統(tǒng)模擬成可調(diào)并聯(lián)電路，由此得到了耦合后聲腔與夾層板系統(tǒng)的固有頻率表達式；通過測量腔內(nèi)聲壓響應(yīng)驗證了建立的理論分析模型具有很好的精度，為后續(xù)的設(shè)計參數(shù)對耦合特性影響的定量討論和結(jié)構(gòu)改進設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。
　　 最后進行了夾層板設(shè)計參數(shù)對結(jié)構(gòu)-聲耦合特性影響的定量討論和結(jié)構(gòu)改進設(shè)計。基于夾層板封閉空間結(jié)構(gòu)-聲耦合特性理論分析模型，討論了夾層板的主要設(shè)計參數(shù)對封閉聲腔內(nèi)聲壓響應(yīng)的影響機理，總結(jié)出蜂窩