單向加筋雙層板的結(jié)構(gòu)-聲學(xué)優(yōu)化研究.pdf

1、高速載運(yùn)工具車(機(jī))體的結(jié)構(gòu)首先必須滿足強(qiáng)度和剛度足夠高的要求,同時(shí)又要輕量化,以減輕重量和減少能源消耗。夾層板殼便是為滿足這些要求而發(fā)明的特殊復(fù)合材料結(jié)構(gòu)之一。以金屬波紋板為芯體、以金屬薄板為上下面板構(gòu)成的全金屬夾層板是其中的一種結(jié)構(gòu)形式。這些波紋芯體金屬夾層板因?yàn)樾倔w對(duì)面板起中間加筋板作用,屬于單向加筋雙層板。因?yàn)椴y芯體金屬夾層板在飛機(jī)機(jī)身和高速機(jī)車車體上都有應(yīng)用,對(duì)外部聲源,特別是高速行駛時(shí)的空氣動(dòng)力噪聲起隔聲作用。因此,全面認(rèn)

2、識(shí)這類夾層板結(jié)構(gòu)的聲透射機(jī)理,并以此為基礎(chǔ)建立表征其隔聲能力的聲透射損失有效計(jì)算方法,是實(shí)現(xiàn)以輕量化和車(艙)內(nèi)低噪聲水平為目標(biāo)的現(xiàn)代高速載運(yùn)工具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
　　本文針對(duì)高速載運(yùn)工具使用的波紋芯體金屬夾層板,圍繞其輕質(zhì)、高隔聲性能為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)‐聲學(xué)優(yōu)化問題開展研究工作。首先為考察聲透射機(jī)理分析建模廣泛采用的筋板“聲學(xué)透明”假設(shè)對(duì)于加筋雙層板隔聲計(jì)算的適用性,對(duì)典型波紋芯體加筋雙層板在簡(jiǎn)諧平面聲波正入射和斜入射激勵(lì)下的聲透

3、射損失(STL)進(jìn)行有限元分析。分別建立筋板聲學(xué)透明聲腔和結(jié)構(gòu)‐聲學(xué)全耦合加筋雙層板的有限元模型,計(jì)算得到結(jié)構(gòu)具有不同芯體構(gòu)型和腔內(nèi)聲學(xué)介質(zhì)時(shí)的STL曲線。計(jì)算結(jié)果表明,筋板“聲學(xué)透明”假設(shè)模型帶給加筋雙層板 STL計(jì)算誤差取決于筋板結(jié)構(gòu)阻抗和筋板間腔內(nèi)介質(zhì)聲阻抗相對(duì)大小。對(duì)于高速載運(yùn)工具使用到的多數(shù)加筋雙層板結(jié)構(gòu),如果腔內(nèi)聲學(xué)介質(zhì)為空氣,引入筋板結(jié)構(gòu)聲學(xué)透明假設(shè)計(jì)算得到的隔聲結(jié)果能夠滿足工程精度要求。
　　由于有限元方法對(duì)網(wǎng)格細(xì)

4、化的嚴(yán)格要求,采用有限元方法計(jì)算典型波紋芯體加筋雙層板結(jié)構(gòu)的隔聲問題求解規(guī)模巨大、計(jì)算效率低下,特別在求解高頻段時(shí),采用有限元方法幾乎不能完成求解。因而需要尋找一種效率更高的計(jì)算方法求解雙層板結(jié)構(gòu)的隔聲問題。為此,本文進(jìn)一步建立了基于譜單元理論計(jì)算單向雙層加筋板結(jié)構(gòu)經(jīng)結(jié)構(gòu)路徑的聲透射損失計(jì)算方法和流程。為建立這一方法,先推導(dǎo)了桿的縱向振動(dòng)和Euler‐Bernoulli梁的橫向振動(dòng)譜單元公式。對(duì)直梁在集中載荷和分布載荷作用下的縱向和縱向

5、振動(dòng)響應(yīng)分別用譜單元公式計(jì)算,并與模態(tài)展開法求得的理論解相對(duì)比,驗(yàn)證了譜單元方法求解此類結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的準(zhǔn)確性。然后,利用桿‐梁譜單元的組合來求解單向雙層加筋板結(jié)構(gòu)在入射聲壓激勵(lì)下的振動(dòng)和聲輻射。譜單元方法求解此類結(jié)構(gòu)所得的振聲學(xué)響應(yīng)結(jié)果與ABAQUS求解得到的結(jié)果相比較,驗(yàn)證了譜單元方法求解單向雙層加筋板結(jié)構(gòu)聲透射問題的可靠性。計(jì)算時(shí)間的比較說明用譜單元方法計(jì)算同一結(jié)構(gòu)、相同頻段(10~10000Hz)的聲透射損失所需計(jì)算時(shí)間只是有限元