夹层结构声振耦合分析方法

为了研究夹层结构的声振耦合特性,提出了夹层声场的声波导模态展开方法,在此基础上发展了声波导模态展开方法的弱耦合形式,波导边界分别研究了绝对软边界和绝对硬边界两种形式,与结构模态展开方法和声腔模态展开方法及其弱耦合形式作对比,分析了声模态和声波导模态阶数对传声损失计算精度的影响,研究了不同夹层边界条件下夹层结构的声振耦合特性和夹层声场声压的分布情况。计算表明,需要的声波导模态阶数和声腔模态阶数由计算频率段的最高频率决定,最高频率越大,需要的声波导模态阶数和声腔模态阶数也越多;夹层结构的声振耦合特性是结构振动模态和声腔模态综合作用的结果,"梁-空气-梁"共振、驻波共振以及结构共振都会使得结构的隔声性能下降;夹层边界对结构的声振耦合特型有显著的影响;不同的夹层声场处理方法对于相同的物理现象得到的夹层声场分布不完全相同,从声场分布的特点可以反映所发生物理现象的机理。     

考虑重流体耦合效应的双层板-腔结构振动与声辐射分析

考虑半空间声场内重流体的声振耦合效应，对有限大双层板-腔结构的振动与声辐射特性进行研究。采用改进傅里叶级数描述薄板位移和腔内声压，通过Rayleigh积分建立辐射板表面辐射声压和辐射板位移的关系，基于Hamilton原理，提出采用Rayleigh-Ritz法分析耦合系统声振特性的半解析方法，并通过和有限元结果对比验证方法的收敛性和准确性。分析单位简谐力激励下，声腔厚度和腔内流体介质对双层板-腔结构声辐射特性的影响。结果表明：重流体的耦合效应使薄板（奇，奇）模态振型显著变化，声腔较薄时声辐射对声腔厚度变化较敏感。相较于腔内流体声速，腔内流体密度对声辐射有较大影响。     

声振耦合声场分析与结构隔振降噪

以实测某鼓风机组管路振动载荷为激励源,应用ANSYS有限元软件和Virtual Lab声场模拟软件模拟楼板振动所产生的室内声场和声场在不同频率下的声振强弱耦合状态。模拟结果表明,声场在400 Hz以下的区域声振耦合不明显,400 Hz以上存在声振强耦合现象,声振强耦合模型的模拟结果与实测结果比较吻合。通过分析载荷谱和噪声频谱的频带特性,选用常见的阻尼隔振器和中间小质量块组成二级隔振系统,计算系统的振动传递系数,达到理想的隔振降噪效果。     

流场中填充吸声材料夹层板结构的声振耦合特性

采用等效流体模拟吸声材料,建立了外部流场作用下填充吸声材料夹层板结构的声振耦合模型,应用波动分析方法研究结构中声的透射特性,分析了入射声波入射角和方位角、流场流速和流向、夹层结构几何尺寸等参数对填充吸声材料夹层板结构声振耦合特性的影响。仿真计算表明吸声材料提高了双层板结构的隔声性能;隔声性能随着面板厚度和夹层厚度的增加而提高,随着入射角和方位角的增大而减小;在计算频段内(0~5000Hz),逆流入射时传声损失随着马赫数的增大而减小,顺流入射时却随着马赫数的增大而增大。     

基于解析法的加筋板封闭梯形声腔的响应分析

基于模态叠加法和声振耦合理论建立了加筋板结构与梯形声场间的耦合模型;研究了点力到筋的距离、筋的刚度、质量和根数的变化对耦合系统响应的影响。结果表明：由于加筋导致的板振动能量和梯形声腔声势能的衰减程度与点力到筋间的距离密切相关,当点力直接作用在筋上或者点力到筋的距离小于板的四分之一弯曲波长时,振动能量和声势能在较宽的频段都出现衰减现象,反之则不会出现衰减现象。梯形声腔声势能和固支板振动能量的衰减级随着筋弯曲刚度的增加而变大,而筋的质量对能量衰减的影响与分析的频段范围有关。筋的根数增加并不会使得声振耦合系统中声势能和板振动能量的衰减级一直呈现增大现象。     

《圆锥壳结构声振耦合特性分析》

通过利用LMS virtual.lab中的Acoustic BEM模块实现了FE/BE 声振耦合模型的仿真计算,且计算结果通过了混响噪声实验验证。在此基础之上,分析圆锥壳结构的声振耦合特性,并与不考虑声场的结构响应的情况进行了比较分析。结果表明声场的存在影响结构的响应幅值与分布,且耦合程度在不同频率下表现出不同特性。     

利用FEM/IBEM计算流体介质中的壳体的结构声耦合问题

利用有限元和间接边界元的声振耦合方程同时计算结构表面的振动和相应的辐射声场，将结构的物理坐标转化成模态基本量来表示，对完全耦合的结构动力学方程及声场方程进行解耦，对浸汉于两种流体介质中的椭圆球壳体的数值计算结果表明，流体介质改变了结构的共振特性及声辐射特性。本文的数值方法可用于任意复杂结构在流体介质中的振动和声分析。     

夹层边界上布置主动声学边界的有源隔声双层板结构EI北大核心CSCD

在双层板结构中夹层声场边界上布置平面声源作为主动声学边界,构成有源隔声双层板结构,提出基于主动声学边界方法的有源隔声双层板结构。在双层板结构中夹层边界上布置四边简支板,用来代替主动声学边界,控制力作用到该简支板上,采用声弹性理论建立了有源隔声双层板结构的计算模型,分别以辐射声功率最小和夹层声功率最小作为控制目标来优化控制力,计算分析控制前后夹层结构的传声损失以及各子系统的响应,并研究了主动声边界尺寸大小对系统隔声性能的影响。计算结果表明:主动声边界控制策略可以有效提高双层板结构的隔声性能,且以辐射声功率最小为控制目标要优于以夹层声场的声功率最小为控制目标;控制后,主动声边界对入射板振动响应几乎没有影响,辐射面板的振动动能和夹层声场的声功率均被有效地抑制;不同尺寸主动声边界都提高了夹层结构的隔声性能;对于低频率段,不同尺寸主动声边界对夹层结构的隔声性能提高的程度相同;对于其他频率段,主动声边界对传声损失和各子系统响应的影响并没有一定的规律,可以对主动声边界的尺寸进行优化设计,达到提高特定频段隔声性能的目的。     

夹层边界上布置主动声学边界的有源隔声双层板结构

在双层板结构中夹层声场边界上布置平面声源作为主动声学边界,构成有源隔声双层板结构,提出基于主动声学边界方法的有源隔声双层板结构。在双层板结构中夹层边界上布置四边简支板,用来代替主动声学边界,控制力作用到该简支板上,采用声弹性理论建立了有源隔声双层板结构的计算模型,分别以辐射声功率最小和夹层声功率最小作为控制目标来优化控制力,计算分析控制前后夹层结构的传声损失以及各子系统的响应,并研究了主动声边界尺寸大小对系统隔声性能的影响。计算结果表明:主动声边界控制策略可以有效提高双层板结构的隔声性能,且以辐射声功率最小为控制目标要优于以夹层声场的声功率最小为控制目标;控制后,主动声边界对入射板振动响应几乎没有影响,辐射面板的振动动能和夹层声场的声功率均被有效地抑制;不同尺寸主动声边界都提高了夹层结构的隔声性能;对于低频率段,不同尺寸主动声边界对夹层结构的隔声性能提高的程度相同;对于其他频率段,主动声边界对传声损失和各子系统响应的影响并没有一定的规律,可以对主动声边界的尺寸进行优化设计,达到提高特定频段隔声性能的目的。     

轴对称声振耦合的边界子波谱与有限元耦合方法及应用

在轴对称结构有限元和轴对称Helmholtz积分方程的基础上,建立了轴对称弹性结构构声振耦合的边界 子波谱有限元耦合方法,该方法能处理任意边界条件。采用提出的耦合方法研究了含有壳、肋、板复杂结构的水下航行 器的声辐射,给出了轴对称圆环肋的刚度矩阵和质量矩阵。进行了声振耦合的模态分析,研究了航行器的轴向激励、侧 向激励的声辐射;计算了0～2kHz的频率响应。结果对水下航行器的研究设计有一定的参考价值。     

Sound transmission loss characteristics of unbounded orthotropic sandwich panels in bending vibration considering transverse shear deformation

A theoretical study on the sound transmission loss (STL) characteristics of unbounded orthotropic sandwich panels considering the transverse shear deformation is presented. With the transverse shear deformation taken into account, the governing equation of bending vibration for unbounded orthotropic sandwich panels is derived and implemented to the sound transmission problem. The expressions for impedance and transmission coefficient are also derived. The accuracy of the theoretical predictions is checked against available experimental data. The influence of several key parameters on the sound insulation properties of the orthotropic sandwich panel is then systematically studied, including shear rigidity of the core, face sheet thickness, and core thickness. Numerical analysis shows that shear rigidity has evident effect on coincidence critical frequency and STL property, and should not be neglected when predicting STL. Increasing face sheet thickness can move coincidence critical frequency to lower frequency region and improve STL, which is much more effective than increasing the core thickness.     

高速列车夹芯地板结构隔声特性研究

采用传递矩阵法,建立高速列车内地板的声学特性分析模型,探索不同三明治夹芯板材料和结构对高速列车内地板隔声特性的影响,并根据内地板结构的传递损失评价具有不同参数的三明治夹芯板的隔声性能。通过不同的表层材质（木材、铝材、钢材）、厚度和蜂窝夹层密度,进行了内地板隔声量变化规律的分析和比较。探寻拟定隔声性能优越的三明治夹芯板材料类型和结构型式。结果表明,（1）表层夹板厚度一定,钢材作为表层材料,内地板隔声量最好,其次是铝材,最后是木材;（2）表层厚度影响,木材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～1.5 dB。铝材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～3 dB。钢材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～5 dB;（3）蜂窝板密度降低一半,内地板隔声量有增加趋势,但影响较小。     

一种用于阻尼夹层板传声损失（TL）计算的等效参数法

本文给出一种用于阻尼夹层板传声损失（ＴＬ）计算的简化方法──等效参数法，将该方法应用于对称及非对称阻尼夹层板的ＴＬ计算，并与按照复杂的Ｃｈｏｎａｎ＆Ｋｕｇｏ关于复合板的波传递理论经数值计算得出的ＴＬ值进行了比较．结果表明：对于在噪声控制工程中人们感兴趣的频率范围，这种简化方法能够给出较为满意的结果．     

基于结构-声耦合法的汽车镁质仪表板声贡献度分析及结构改进

利用结构-声耦合法对仪表板进行声传递损失分析,与隔声实验对比验证了该方法的可靠性和方便性。与钢制仪表板进行隔声性能对比,证明镁质仪表板具有很好的隔声性能。建立仪表板声辐射模型,利用镁质仪表板对入射声场的响应,计算得到仪表板在驾驶室侧的辐射声场,找出辐射声压和声功率峰值频率。通过对声功率和透射声场声压最大处的声贡献度分析,确定了对隔声低谷影响最大的区域。针对该区域进行结构更改从而改变模态值,对其进行计算隔声量。结果表明,改进后的仪表板隔声低谷比改进前提升5dB,仪表板整体隔声性能提高。     

梁模型三明治板的隔声预报

提出一种针对有限大三明治蜂窝板的隔声预报方法。在一定条件下,三明治蜂窝板被看成是正交各向异性的,通过对蜂窝板正交方向上切割下来梁的简单测 试,可以得到三明治蜂窝板的等效刚度,结合正交各向异性板的振动方程,把板的振动展开成模态叠加的形式并求解,最终可以得到一块有限大三明治蜂窝板的理论隔声公式,理论预报结果与实验室测量结果对比良好。     

水下多孔吸声材料夹层板隔声分析

利用结构弯曲波法,并结合Biot理论和Bolton多层板理论,推导了水下多孔吸声材料夹层板的隔声量理论计算公式,分析了（Binding-Binding,BB）型、（Binding-Unbinding,BU）型和（Unbinding-Unbinding,UU）型三种结构的隔声性能。将入射域、辐射域和中间空腔域中的声波以相应的速度势函数形式表达,多孔吸声材料的传声过程采用Biot理论和Bolton理论描述,再结合相应模型的边界条件,即可求解出结构的理论隔声量。在BB型、BU型和UU型三种模型中,UU型的隔声性能最好,BB型的隔声性能最差。夹层板中多孔吸声材料能有效避免空腔驻波共振的发生,并能显著提高结构高频的隔声性能。多孔吸声材料厚度和空腔空气层厚度的增加,能有效地促进结构的隔声性能。     

直升机舱室声学超材料壁板的低频隔声性能分析

在直升机飞行过程中,旋翼、尾桨等噪声源在舱室内产生强烈的低频噪声,严重影响直升机的驾乘舒适性,长时间的噪声暴露会危及驾驶安全。直升机舱室常用的夹层壁板结构可有效隔绝中、高频噪声,但其低频隔声性能一般较弱。为有效降低直升机舱室内低频噪声,将局域共振型声学超材料与舱室夹层壁板结合,建立直升机舱室声学超材料壁板模型,采用有限元法分析平面波入射激励下声学超材料壁板的低频隔声性能,并探索局域振子质量、层间结构对隔声性能的影响规律。结果表明:相比敷设阻尼材料、布置动力吸振器等传统舱内降噪方法,声学超材料壁板能有效隔离低频噪声,形成380 Hz~620 Hz的宽低频带隙。增加局域振子质量可有效拓宽带隙宽度并增强带隙内声透射损失,增加纵向加强筋数目可增强结构整体刚度,使振动衰减。声学超材料内饰的引入可为解决直升机舱室低频噪声问题提供技术路线。     

碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构隔声性能研究

铝蜂窝夹芯复合结构在航空工业、高速列车及汽车车体中得到越来越多的应用,其隔声性能对车内及机舱噪声有重要影响。建立了碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构有限单元模型,用有限单元法计算了结构在声载荷激励下的响应,并计算分析了复合结构的隔声性能,分析了碳纤维复合面板厚度、面板层数、铺设角度、铝蜂窝芯层的厚度、铝蜂窝壁厚对隔声性能的影响。研究结果表明,面板采用碳纤维复合结构时,在小于1 000 Hz的低频段,相同面板厚度的铝蜂窝复合结构隔声性能比全铝合金材料的铝蜂窝夹芯复合结构有所降低,而且在高频段会出现隔声量更低的隔声低谷;相较于铝合金面板,复合结构的面板采用碳纤维复合材料时,能够实现整体结构轻量化也提高复合结构的隔声性能;各层之间按相对90°铺设时复合结构隔声性能最好;随着面板厚度的增加复合结构隔声性能增加,面板层总厚度不变的情况下,单层面板或者过多的层数都会使复合结构隔声性能降低。     

High Temperature Residual Properties of Carbon Fiber Composite Sandwich Panel with Pyramidal Truss Cores

A study on the mechanical property degradation of carbon fiber composite sandwich panel with pyramidal truss cores by high temperature exposure is performed. Analytical formulae for the residual bending strength of composite sandwich panel after thermal exposure are presented for possible competing failure modes. The composite sandwich panels were fabricated from unidirectional carbon/epoxy prepreg, and were exposed to different temperatures for different time. The bending properties of the exposed specimens were measured by three-point bending tests. Then the effect of high temperature exposure on the bending properties and damage mechanism were analyzed. The results have shown that the residual bending strength of composite sandwich panels decreased with increasing exposure temperature and time, which was caused by the degradation of the matrix property and fiber-matrix interface property at high temperature. The effect of thermal exposure on failure mode of composite sandwich panel was observed as well. The measured failure loads showed good agreement with the analytical predictions. It is expected that this study can provide useful information on the design and application of carbon fiber composite sandwich panel at high temperature.