基于結構聲強法的層合結構振動聲學特性及優(yōu)化控制.pdf

1、機械振動、噪聲問題伴隨著我國工農業(yè)生產、城市交通運輸和旅游事業(yè)的發(fā)展而產生和彰顯。從電子元件、消費器件到汽車和飛機，噪聲和振動特性是產品設計中的關鍵因素。一定范圍類的振動噪聲影響人們之間聲音的交流，削弱機器的性能，使駕駛員和乘客不適，發(fā)生疲勞，甚至產生疾病?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展、人類社會的進步及市場競爭和消費意識的日益提高，對機械振動和噪聲控制提出了更高的要求。因此，需要深入研究結構振動噪聲控制的理論和有效的方法，本文的工作對完善結構振動噪聲

2、控制理論及實際應用技術具有十分重要的意義。
　　 結構聲強法是一門集多學科的結構振動噪聲控制方法。結構聲強法將固體力學、結構力學、聲學、流體力學等多個學科集成在一個統(tǒng)一的優(yōu)化平臺上，它是建立在連續(xù)介質力學基本理論之上，將聲學理論中的聲強概念移植到結構動力學范疇，研究結構的應力與質點的運動。結構聲強的向量圖和流線圖能提供關于能量傳遞路徑、振動噪聲源位置和能量匯合點位置及數(shù)量的許多信息。根據(jù)結構聲強的向量圖和流線圖，可找出被動控制安

3、置阻尼器和主動控制施加力的可能有效控制的位置。因此，結構振動噪聲可根據(jù)上述信息加以控制。
　　 本文選取航空航天設計領域中的主要構件--復合材料層合板及殼結構作為結構振動聲學特性及優(yōu)化控制的研究對象，借助流體力學中流線的概念，將結構聲強法引入復合材料層合板結構在動荷載作用下的被動和主動內噪聲的優(yōu)化控制中，有效地改善復合材料層合板結構的聲學性能。
　　 本論文完成了如下的主要工作：
　　 (1)運用彈性力學的基本方

4、程和能量平衡方程推導了板、圓柱殼結構振動的結構聲強計算表達式。建立了結構聲強與結構的應力和質點的運動速度的關系。利用結構聲強可統(tǒng)一處理結構和流體聲場間耦合動力學問題，從而溝通了傳統(tǒng)機械振動與聲學間的聯(lián)系。其中圓柱殼結構振動的結構聲強計算表達式的結果進一步拓寬結構聲強法的研究領域，豐富了結構振動聲學特性的研究范圍。
　　 (2)針對復合材料層合板、殼結構振動聲學特性問題，運用結構聲強法研究了復合材料正交異性層合板在動集中力作用下的

5、結構聲強特性。將復合材料正交異性層合板與各向同性板兩者的結構聲強流線圖進行比較，發(fā)現(xiàn)：前者的能量易于流動和傳遞，一定頻率范圍內能量源點和匯合點的位置易于互換，而后者僅表現(xiàn)出能量源的位置和數(shù)量發(fā)生改變；針對邊界條件為四邊簡支、橫向固支而縱向自由這兩種情況研究了復合材料層合板邊界條件、層合板疊層順序和層數(shù)對結構聲強流線特性的影響。
　　 (3)研究了纖維/金屬膠接層板(GLARE層板)在沖擊荷載作用下的結構聲強特性。討論了邊界條件和

6、鋪層角度對GLARE層板的結構聲強流線特性的影響。發(fā)現(xiàn)：當方形GLARE層板四邊簡支時，鋪層角度的變化對能量源點和匯合點位置及數(shù)目的影響不大；當邊界條件為橫向固支而縱向自由或橫向自由而縱向固支時，“固支”的方向對結構聲強流線整體面貌的影響為主導，此時，鋪層角度的變化對源點和匯合點位置及數(shù)目的影響較大；在上述三種邊界條件下，0°，30°，45°，60°，90°五種鋪層角度下方形GLARE層板中心點的振動幅值由小到大的排列順序各不相同，但未

7、發(fā)現(xiàn)規(guī)律性的排列次序，四邊簡支時鋪層角度對板中心點振動幅值影響最小。
　　 (4)研究了孔的存在對復合材料正交異性層合板和各向同性板在沖擊荷載作用下的結構聲強特性的影響。針對復合材料正交異性層合板和各向同性板，分別比較有孔和無孔的結構聲強向量圖和流線圖。得出結論：不論是復合材料正交異性層合板，還是各向同性板，孔的存在改變了能量流的傳播途徑、結構聲強向量分布及應力大??；最大應力點位置并不對應最大結構聲強位置。
　　 (5)

8、基于結構聲強法研究了復合材料層合板箱形結構在動荷載作用下的被動和主動內噪聲優(yōu)化控制。將疊層順序為[45°/-45°/45°/-45°]的碳纖維/環(huán)氧層合板與鋁板分別組成的箱形結構的被動和主動噪聲控制進行了比較。根據(jù)結構聲強的向量圖和流線圖，得到被動控制安置阻尼器和主動控制施加力的可能的有效位置。再利用邊界元法進行聲場計算得到被動控制安置阻尼器和主動控制施加力的最優(yōu)有效位置，實現(xiàn)了被動和主動噪聲優(yōu)化控制的目的。
　　 最后，提出了