基于板梁组合理论的正交加筋板声振特性分析

基于板梁组合理论,建立了正交加筋板声透射计算模型,并分析了正交加筋板的声振特性.将加强筋视为平板的动反力及动反力矩,引入到平板振动方程,得到了正交加筋板声振方程;利用空间谐波展开法及虚功原理,得到了正交加筋板透射损失和平均振动速度级表达式.在此基础上,首先研究了单向加筋板的隔声性能,理论结果与已有计算结果取得了很好的一致,验证了模型的有效性;并进一步研究了正交加筋的声振特性.研究表明,正交加筋板对垂直入射声波的隔声效果最好;增大加强筋惯性矩可提高其低频段透射损失;增大加强筋间距可提高正交加筋板的低频段振动响应,却降低了其低频透射损失,总体而言,增大加强筋间距可改善结构的整体隔声性能.     

单向加筋双层板隔声性能的有限元分析

为考察筋板声学透明假设理论对于加筋双层板隔声计算的适用性，对典型波纹芯体加筋双层板在简谐平面声波正入射和斜入射激励下的声透射损失（STL）进行有限元分析。分别建立筋板声学透明声腔和结构-声学全耦合加筋双层板的有限元模型，计算得到结构具有不同芯体构型和腔内声学介质时的STL曲线。结果表明，筋板“声学透明”假设模型带给加筋双层板STL计算误差取决于筋板结构阻抗和筋板间腔内介质声阻抗相对大小。因此，加筋双层板结构STL的准确预测需考虑筋板与腔内介质间与的结构-声学耦合作用。     

夹层结构中夹层声场的处理方法研究

以二维双层弹性梁为例研究夹层声场的处理方法,从不同的物理视角,提出了夹层结构中夹层声场的横向声模态展开方法和声波导模态展开方法,并与夹层声场采用结构模态展开形式和声腔纯模态展开形式时的传声性能作对比。运用四种夹层处理方法计算了不同参数组合形式结构的传声损失。计算表明:夹层的横向声模态函数展开方法与结构模态展开方法在计算结构传声损失上是等价的;声波导模态函数展开方法在计算结构传声损失上与声腔模态展开方法是等价的;结构的传声损失曲线中的隔声低谷由结构共振、‘梁-空气-梁’共振以及驻波共振共同作用产生的结果;四种计算方法可以反映结构共振、‘梁-空气-梁’共振以及垂直与结构表面方向的驻波共振对结构传声损失的影响,除此而外,夹层的声模态展开形式和声波导模态展开还反映了平行于结构表面方向的驻波共振和其余的声模态对结构隔声性能的影响,因此在其对应的传声损失曲线中有更多的隔声低谷。     

复合材料层合板的铺层几何对结构声传输的影响

采用基于复合材料一阶剪切理论－Mindilin理论的板单元和基于Rayleigh表面分方程的边界元,对嵌在无限障板上的复合材料层合板在低频简谐平面声波斜入射情况下,建立了考虑流体结构耦合的传声计算模型,并利用该模型计算研究了对称角铺设、反对称角铺设和正交铺设等不同铺设方式对层合板传声损失的影响以及在板侧流体介质分别为空气和水时层合板的传声特性,指出层合板的铺层几何对其传声损失有较大影响,应在设计中引起注意。     

无限大单向加筋层合板隔声性能研究

基于经典层合板理论,计及加强筋弯曲及扭转运动影响,建立无限大单向加筋层合板在平面声波激励下的声透射理论模型;应用空间谐波展开与虚功原理,推导出单向加筋层合板传声损失公式,并与解析解及简化模型计算结果对比,验证所建模型的精度及有效性;系统研究特征参数对加筋层合板结构隔声性能影响。研究表明：增加层合板铺设角度对结构隔声性能不利,材料损耗因子只影响结构共振频率处隔声性能;增大加强筋间距,加筋层合板结构低频段隔声性能下降明显,但全频段隔声性能有所改善;声波入射角度对单向加筋层合板隔声性能影响显著,结构对垂直入射声波隔声效果最好。     

复合材料加筋板计及热效应的声-固耦合分析EI北大核心CSCD

高超声速飞行器在服役时会面临高温、振动和噪声等环境,声-固耦合是其设计环节备受关注的问题之一。针对飞行器典型复合材料加筋板,采用有限元-边界元法从三种工况开展加筋板的声-固耦合分析,即仅考虑高温对材料力学性能的影响(工况一)、仅考虑热应力对结构刚度的影响(工况二)、同时考虑二者的影响(工况三)。结果表明:高温引起的材料力学性能改变降低了板的固有频率,使响应峰值升高并向低频处移动;附加热应力的存在整体上降低了板的固有频率并改变了模态振型,引起响应峰值频率向高频处移动,并在整体上抑制了加速度响应;同时考虑二者的影响时,应力响应显著增大,加速度响应显著减小,且响应峰值频率位于工况一与工况二之间;高温对声压响应影响不大。     

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。     

传递矩阵法分析复合材料层合板的传声损失

为了得到不同频率下正交各向异性复合材料层合板的传声损失,基于传递矩阵的方法,推导出层合板的传声损失计算公式。通过建立复合材料层合板的传声计算模型,研究了层合板铺设角度、板厚度和板密度等结构参数对层合板的传声损失影响。计算结果表明：复合材料的密度与传声损失之间没有明显的线性关系,而是随着频率的增加而上升;层合板的总厚度越大,传声损失也越大,而且各层之间厚度不同,也会引起传声损失的较大改变;层合板铺层角度越大,传声损失也越大。采用传递矩阵法能充分考虑复合材料层合板的铺设方式和铺层角度等因素的影响,利用层合板层间的速度和应力连续边界条件,准确的反应复合材料层合板隔声性能。     

敷设手性覆盖层加筋梁低频振动和声辐射特性

基于结构声辐射机理可知,在低频区域结构的声辐射功率和声辐射表面的振速幅值和分布形状(声辐射效率)相关,抑制振动和改变振速分布可以降低结构的声辐射功率。在结构表面敷设一层覆盖层用来隔开结构和流体区域,可以降低声辐射面的振动和改变振速分布。手性结构覆盖层由中心圆柱和四周韧带连接而成,具有协调变形机制,当手性结构中圆柱和韧带发生弯曲变形时,可以将不均匀结构高声辐射效率的振速分布形状转变为覆盖层表面低声辐射效率的振速分布形状并且覆盖层表面的法向振动幅值小于不均匀结构表面的法向振动幅值,实现不均匀结构声辐射抑制。加筋结构是不均匀结构,使用加筋梁模型可以反映出不均匀结构的声辐射机理。建立敷设和不敷设手性覆盖层加筋梁结构的二维有限元/边界元模型,利用Raleigh积分公式研究了其振动特性和声辐射特性。通过对比敷设和不敷设手性覆盖层加筋梁模型的声辐射面,声辐射效率、法向均方根振速和声辐射功率,分析了手性覆盖层对加筋梁声辐射的抑制机理。计算结果表明:加筋梁敷设覆盖层后,声辐射面由加筋板梁表面为覆盖层表面;覆盖层声辐射面的声辐射效率低于加筋板表面的声辐射效率。谐响应分析表明:手性覆盖层不能有效的抑制加筋梁的振动但是可以有效的抑制加筋梁传递到覆盖层声辐射面的振动,并且对加筋梁的声功率辐射有较好的抑制作用。     

薄板结构辐射声功率及其灵敏度分析

联合利用有限元方法和声辐射模态方法求解薄板结构辐射的声功率,并分析结构辐射声功率关于设计变量的灵敏度。在结构振动环节,利用有限元方法对结构进行动力响应分析得到表面振速;在声辐射环节,采用声辐射模态展开获得振动表面辐射的声场信息。以加筋板结构为例,计算结构振动辐射的声功率及其关于设计变量的灵敏度。结果表明,当激励频率远离结构振动固有频率时,加筋可以降低结构辐射的声功率;而当加筋使结构固有频率接近激励频率时,加筋甚至产生负面影响,此时通过加筋降低结构辐射声功率是没有意义的。     

Stiffened plate bending analysis in terms of refined triangular laminated plate element

Based on the higher-order global–local theories, a finite element model is proposed to study the bending behavior of stiffened laminated plates. The proposed model treats the embedded stiffeners as the part of laminated plate, so that the compatibility of displacements and stresses between the plate and the stiffeners can be automatically satisfied. Distributions of the displacements and stresses through the thickness of laminates were also given for the first time, which can serve as references for future investigations as such information is lacking in the published literature. In addition, the impact of the stiffeners on the bending response of the stiffened laminated plates is also studied in terms of the quantity, the collocation and the geometry of stiffeners. Numerical results showed that the higher-order global–local theories are more suitable for predicting the bending response of thick and moderately thick stiffened laminated plates compared to the first order theory commonly used in engineering. By varying the quantity, the collocation and the geometry of stiffeners, the stiffness and the strength of stiffened laminated plates can be remarkably improved.     

加强筋截面类型对轨道车辆板件结构隔声影响研究

针对轨道车辆轻量化设计后可能带来的隔声性能降低问题,研究不同截面加强筋铺设对板件隔声性能的改善效果。基于混合有限元-统计能量分析(Hybrid FE-SEA)方法建立轨道车辆加筋板结构隔声特性预测分析模型,系统分析T型、L型、I型和矩形加强筋截面类型对板件隔声性能的影响。研究结果表明,加筋板的刚度和1阶固有频率皆比均质板大,且随加强筋厚度的增大而增大;当加强筋厚度恒定时,T型加筋板的刚度和1阶固有频率最大,L型加筋板次之;敷设厚度15 mm的加强筋,板件的隔声性能最佳;当加强筋的质量、厚度、腹板面积及尺寸、翼板面积相等时,各类型加筋板的计权隔声量Rw差异不大;板件加筋后,刚度控制区的隔声量增幅3 dB~17 dB,1 250 Hz~4 000 Hz中高频段的隔声量增幅1 d B~6 d B。综合分析可知,以计权隔声量为评价标准时,在加强筋质量、腹板面积、翼板面积及尺寸相等时,敷设厚度15 mm加强筋,板件的隔声性能最佳,Rw较均质板可提高1.4 dB~1.5 dB,而加强筋厚度恒定时,T型和L型加筋板的刚度又最佳。相关研究成果可为轨道车辆板件结构加筋优化提供设计参考。     

Stiffened cracked plates analysis by dual boundary element method

In this paper a boundary element formulation for analysis of shear deformable stiffened cracked plates is presented. By coupling boundary element formulation of shear deformable plate and two dimensional plane stress elasticity, dual boundary integral equations are presented. The interaction forces between stiffeners and the plate are treated as line distributed body forces along the attachment. Both concentric and eccentric stiffeners have been considered. Rectangular stiffened plate containing a single crack and double cracks subjected to uniform distributed moment on the crack surface and uniform shear load on the plate are analysed by the proposed method. Good agreement has been achieved compared with analytical solutions.     

加纵肋平底圆柱壳振动和声辐射的FEM/BEM研究

建立了两端带平底板的加纵肋圆柱壳水中声辐射计算的FEM／BEM三维模型，探究了加肋的高度、宽度、数目对平底圆柱壳表面平均速度、辐射功率、辐射效率、声场指向性的影响规律。计算方法是在有限元软件ANSYS中做加肋平底圆柱壳建模、模态分析基础上，将有关数据（网格、模态）导入边界元软件SYSNOISE中计算流体-结构耦合状态下的辐射声场特性。结果表明：（1）纵肋的高度、宽度以及数目增大都可以引起平底圆柱壳的表面平均速度、辐射功率、辐射效率随频率变化曲线峰的移动，同时使声辐射效率增大，但使表面平均速度、辐射功率变化不明显。（2）纵肋的高度、宽度增大都使低频声辐射中两端平底板的贡献量增大，而使研究频域内的高频声辐射在激励力的反方向上增强。当径向激励力作用在纵肋上时适当调整均布纵肋的数目可以改变平底圆柱壳辐射声场的指向性。这对于水下结构辐射噪声预报以及噪声抑制具有重要意义。     

Finite element analysis of stiffened laminated plates under transverse loading

A finite element model is developed to study the behavior of stiffened laminated plates under transverse loadings. Transverse shear flexibility is incorporated in both beam and plate displacement fields. A laminated plate element with 45 degrees of freedom is used in conjunction with a laminated beam element having 12 degrees of freedom for the bending analysis of eccentrically-stiffened laminated plates. The validity of the formulation is demonstrated by comparing with the available solutions in the literature. The numerical results are presented for eccentrically-stiffened layered plates having various boundary conditions and with stiffeners varying in number.     

阻尼夹芯复合材料加筋板的振动分析与数值模拟

以阻尼夹芯复合材料加筋板为研究对象,依据一阶剪切变形理论(FSDT)和Hamilton原理,推导板和加强筋的应变能、动能表达式,采用变分原理建立控制微分方程,根据相关边界条件和傅里叶级数求解方程。建立了ANSYS阻尼夹芯复合材料加筋板的有限元模型,该模型考虑到阻尼夹芯复合材料加筋板中阻尼材料与纤维预浸料间的结合方式,用模态应变能有限元数值模拟方法研究了结构的动力学性能,并通过对数值模拟结果与理论解的比较,验证了模型的合理性和有效性。探讨了不同的筋条尺寸、不同的筋条数量、不同的筋条分布方式对阻尼夹芯复合材料加筋板动力学性能的影响,得出了阻尼夹芯复合材料加筋板的一阶模态频率和损耗因子随不同参数的变化曲线,其结论为阻尼夹芯复合材料加筋板的优化设计提供参考。     

一类双壳结构振动特性的半解析法

以Hamilton正则方程的半解析法为基础,为一类双壳结构的振动特性提出了一种新的数学模型。基本步骤:(1)独立地建立内外壳和连接筋的线性方程组;(2)考虑到内外壳和连接筋的界面上的应力和位移的连续性,联立内外壳和连接筋的方程,从而得到全结构的方程组。主要优点是:采用了同一种Hamiltonian等参元离散壳和连接筋,结构的转动惯性、剪切变形等因素都得到了考虑,而且不限制壳的厚度和筋的高度;该方法象一般的有限元法一样适应复杂的边界条件和由多种材料构成的结构。本文的方法可推广用来研究加筋复合材料或加筋压电材料层合壳及相应的双壳结构的动力学问题。     

双环减速器辐射噪声数值仿真及试验研究

以中心输入式双环减速器为研究对象,综合考虑齿轮内部动态激励以及环板不平衡惯性激励,建立了减速器传动系统及结构系统的动力有限元分析模型,应用ANSYS软件对双环减速器进行固有模态及动态响应数值仿真。以振动位移作为边界条件,建立减速器箱体的声学边界元分析模型,在SYSNOISE软件中用直接边界元法计算了箱体表面声压及场点的辐射噪声。利用传动系统试验台对双环减速器进行振动加速度及辐射噪声测试,并与数值仿真结果对比分析,两者吻合良好。