蜂窝层芯夹层板结构振动与传声特性研究

蜂窝层芯夹层板应用于飞行器、高速列车等交通工具的主体及底板结构时需要考虑其振动及隔声特性. 针对声压激励下的四边简支蜂窝层芯夹层板结构,应用基于Reissner夹层板理论的结构振动方程建立了的声振耦合理论模型(声压以简支模态双级数的形式引入振动控制方程),结合流固耦合条件求解了声振耦合系统控制方程,应用有限元模拟对理论预测进行了验证. 基于理论模型的数值计算结果,系统研究了蜂窝层芯夹层板结构的振动特性和传声特性,刻画了层芯厚度、蜂窝壁厚、夹层板面内尺寸和声压入射角度等关键系统参数对夹层板振动和传声特性的影响,为此类结构的工程优化设计提供了必要的理论参考.     

热载荷作用下对称S型功能梯度圆板的非线性力学行为

本文研究了热环境中陶瓷-金属-陶瓷功能梯度圆板（S-FGM）的过屈曲和弯曲行为。圆板材料组分的体积分数符合Sigmoid定律,并承受沿圆板厚度方向变化的温度场作用。基于经典板理论,用能量法导出了对称S-FGM圆板静态问题的非线性平衡方程。用打靶法对所得方程进行了数值求解,并利用数值结果研究了不同边界条件、材料的组分、热载荷等因素对对称S-FGM圆板力学行为的影响。数值结果表明：对称S-FGM圆板相较于普通FGM圆板,其力学行为存在一些不同之处,且板的上下表面温升比对S型功能梯度圆板的力学行为有着显著的影响。     

基于统计能量法的铝板隔声量分析

为研究单双层铝板的隔声性能,基于VA-ONE平台建立了单双层铝板隔声计算模型,利用统计能量法对其进行高频段的隔声量仿真计算,并与实测值进行了对比,在125Hz~4000Hz频域内,统计能量法的隔声量计算值与实测数据基本吻合。进一步研究了板厚、材质、空气夹层厚度、吸声材料对单双层铝板隔声性能的影响。研究结果表明:不同厚度单层均质铝板隔声量基本符合均质板的隔声规律;在630Hz~4000Hz频域内,空气夹层厚度每增加50mm,隔声量提高约1dB;等厚度玻璃钢及铝蜂窝板比铝板具有更好的隔声性能;在对能量输入贡献较大的结构中铺设吸声性能较好的材料可以获得更好的隔声效果;玻璃纤维能够增强聚氨酯的吸声性能。实际工程中,需合理配置板厚、空气夹层厚度、隔板材料、吸声材料的关系,方可获得较好的隔声性能和经济性,研究结果对船舶舱室降噪设计提供了参考依据。     

弹性地基上含孔隙功能梯度材料板的自由振动和动力响应

为研究弹性地基上含孔隙的材料特性沿厚度呈Sigmoid函数变化的功能梯度材料(S-FGM)板的振动特性,本文基于改进的Voigt模型,分别建立了孔隙为均匀分布和非均匀分布两种类型的功能梯度材料的物性参数模型.根据复合材料薄板理论导出了弹性地基上含孔隙的功能梯度材料板的运动方程,用伽辽金法寻求四边简支边界条件下板自由振动...     

基于FE-SEA混合法的水下双层壳体模型声振特性研究

基于FE-SEA混合法原理,给出了FE-SEA混合系统的运动方程、扩散场互易关系表达式、系统响应表达式、功率平衡方程;分别建立了典型单层板、双层板隔声FE-SEA混合模型,就全频段下的隔声性能进行了分析,发现等厚度下的双层板较单层板在100Hz~10kHz内隔声性能更好,且在1/3倍频程、10Hz~10kHz频率范围内的仿真结果与理论值基本符合;通过建立"球面-圆柱-球面"双层壳体水下结构模型,在施加典型柴油机激振力下,分别对双层壳间填充海水、空气、半空气-半海水等不同介质对模型的声振影响进行了分析。结果表明:在315Hz以下的低中频段有实肋板时介质的影响不大,振动主要通过实肋板进行传递;无实肋板时,介质起主要作用,因而在10kHz以内频段不同介质下的外壳表面振动速度与外界海水的声压级差异明显;海水介质下的外壳振动速度与声压级较空气介质的平均分别高22.48dB和16.88dB,而半空气-半海水介质的外壳振动速度和声压级与海水介质的较接近。     

功能梯度旋转圆板的热弹性固有振动

在考虑热因素及旋转运动条件下,针对金属－陶瓷功能梯度圆板的固有振动问题进行研究．给出随温度变化且材料组分沿厚度方向按幂律分布的材料物性参数,依据热弹性理论得到圆板的能量关系式．基于哈密顿原理建立旋转金属－陶瓷功能梯度圆板热弹性动力学方程．采用伽辽金法得到边界约束下圆板的自由振动方程,确定了静挠度及固有振动频率．基于数值计算,得到系统固有频率值随体积分数指数、转速和温度等参量的变化曲线,讨论了静挠度变化规律及动力系统的奇点稳定性问题．结果表明,固有频率随体积分数指数、材料表面温度以及转速的增加而减小．     

四边简支功能梯度圆锥壳的非线性振动分析

研究了四边简支条件下功能梯度圆锥壳的非线性自由振动。首先,通过Voigt模型和幂律分布模型描述了功能梯度材料的物理属性。然后,考虑von-Karman几何非线性建立了功能梯度圆锥壳的能量表达式,利用Hamilton原理推出圆锥壳的运动方程。在此基础上,采用Galerkin法,只考虑横向振动,功能梯度圆锥壳运动方程可简化为单自由度非线性振动微分方程。最后,通过改进的L-P法和Runge-Kutta法求解非线性振动方程,讨论功能梯度圆锥壳的非线性振动响应,分析几何参数和陶瓷体积分数指数对圆锥壳非线性频率响应的影响。结果表明,几何参数对非线性频率和响应的影响相较于陶瓷体积分数指数更明显;圆锥壳的几何参数和陶瓷体积分数指数通过改变非线性频率影响振动响应;功能梯度圆锥壳呈弹簧渐硬非线性振动特性。     

复杂板壳结构声振耦合特性的理论与实验研究

0引言 在国家民用工业及国防工业减振降噪重大应用需求的牵引下,本文通过理论建模、实验验证和数值计算研究了汽车、高速列车、舰艇/潜艇及航空航天飞行器中常用典型复杂板壳结构的声振耦合特性[1-13],建立了相对完善可靠的结构声振耦合特性理论表征体系,分析了关键结构参数对结构声振耦合特性的影响,揭示了弯曲波在结构中的传播规律及结构的声辐射/传声特性,提山了轻质、高强度、声辐射小及隔声性能优良的复杂板壳结构的创新优化设计概念,初步建立了综合结构质量、力学刚度和声振耦合特性的优化设计理论和判据,为典型板壳/板腔结构在民用工业及国防工业中的应用奠定了理论基础、实验依据并提供了技术支撑.     

考虑辐射散热叠层板热诱发振动的有限元分析

通过在叠层板单层厚度方向上布置温度线的方法,求解了考虑辐射散热边界条件下的叠层板的瞬态温度场;在此基础上利用考虑剪切效应的高阶板位移场建立板振动的有限元方程,分析了叠层板的热诱发振动问题;通过算例与ANSYS三维耦合单元(Solid5)结果的对比表明,提出的计算模型和方法具有很好的计算效率和精度.     

热环境下夹芯梁声振特性的理论与数值研究

针对均匀升温热环境下夹芯梁的声振特性进行了研究。建立了考虑热应力、横向剪切效应、转动惯量影响的夹芯梁振动方程,获得了简支夹芯梁在热环境下振动响应的理论解;通过瑞利积分得到远场声压。结果表明,夹芯梁内存在热应力时,各阶固有频率均下降,速度、辐射声压级、声功率响应曲线均向低频方向漂移,声辐射效率变化不明显。通过与数值仿真结果对比,验证了本文的热预应力夹芯梁声振耦合响应理论分析方法的可行性。此外,本文还分析了不同芯材厚度和弹性模量对夹芯梁声振特性的影响。研究发现,芯层增厚或者软化均会降低整个结构的刚度。     

电场作用下石英晶体板非线性高频振动分析

建立了强电场作用下考虑材料和几何非线性的石英晶体板厚度剪切振动和弯曲振动的非线性方程组。基于厚度剪切振动近似理论的线性位移解,利用伽辽金法将非线性偏微分方程组转化为关于时间变量的常微分方程组。接着利用逐次近似法获得了石英晶体板厚度剪切振动和弯曲振动耦合的频率响应关系,并绘制了不同电压下厚度剪切振动的频率响应曲线图。数值计算结果表明,电压对石英晶体板厚度剪切振动的频率有着显著影响,其引起的频率漂移值超过了常见压电谐振器的允许值。所建立的方程可以用于石英晶体谐振器的非线性有限元分析和偏场效应求解。     

基于不同时间步长时域非结构有限体积法模拟声-弹性耦合问题

介绍一种改进的时域非结构有限体积法(FVM),并将其应用于声-弹性耦合问题。在流体与固体介质中分别求解声波动方程与弹性波方程,根据交界面上的力平衡与质点振速连续条件考虑二者的相互作用。同时考虑双线性四边形单元的线性变化项及常数项,并结合常应变三角形单元处理混合网格问题。分别对三角形单元和四边形单元进行色散分析,给出声波动方程的稳定性条件。在不同介质中采用不同时间步长,提高计算效率。求解弹性波问题、声-弹性耦合问题,结果表明,改进后的方法求解声-弹性耦合问题是有效和准确的,并且具有良好的数值稳定性。     

热弹耦合圆板非线性振动的研究

对温度场中圆板的非线笥热弹耦合自由振动问题,由非线性振动方程、协调方程及热传导方程出发,动用伽辽金法求解,得出一个关于时间的非线笥常策分方程组。将热弹耦合与非热弹耦合情况进行对比,发现给定初始位移较小时,热弹耦合效应使板的固有频率相对与无热弹耦合情形提高;给定初始位移较大时,热弹耦合２使固有频率降低,该文不还比较了不同热弹参数和边界条件对热弹耦合效应的影响。     

梯度弹性基础上正交异性薄板的屈曲分析

基于双参数弹性基础模型,研究了梯度弹性基础上正交异性薄板的屈曲问题. 首先,基于能量法与变分原理,给出了梯度弹性基础上正交异性薄板的屈曲控制方程,并得到了梯度弹性基础刚度系数K₁ 与K₂的计算式;进而,通过将位移函数采用三角函数展开的方法,给出了单向压缩载荷作用下、四边简支正交异性弹性基础板屈曲载荷的计算式;在算例中,通过将该文的解退化到单纯的正交异性板,并与经典弹性解比较,证明了理论的正确性;最后,求解了弹性模量在厚度方向上呈幂律分布的梯度基础上的薄板屈曲问题,分析了基础上下表层材料弹性模量比与体积分数指数对屈曲载荷的影响.     

MEMS系统中微平板结构声振耦合性能研究

微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS) 是指内部微结构尺寸在微米甚至纳米量级的微电子机械装置,是一个独立的智能系统. 长宽厚均处于微米量级的微平板为MEMS 中的典型结构,其声学和力学特性直接影响MEMS 的性能. 针对同时受声压激励和气膜力(通过考虑相同尺寸微平板振动引入) 作用的四边简支微平板结构,应用Cosserat 理论和Hamilton 原理,建立了考虑微尺度效应(本征长度和Knudsen 数)影响的声振耦合理论模型,并通过多重Fourier 展开法求解了耦合方程,得到了系统的传声损失结果. 通过频域分析,考虑微平板的不同振动频率、振动幅度和板间距,系统研究了不同尺度效应下微结构中气体薄膜所产生的阻尼力对微平板结构传声特性的影响. 研究发现尺度效应对于微结构的声振特性影响巨大,振动行为对微结构的传声特性也有很大影响,控制并减小微平板的振动幅度以及增大微平板的间距都能够提高微平板的声振性能. 研究结果为MEMS 中微平板的稳定性优化设计提供了理论参考.      

带初始几何缺陷FGM固支圆柱壳的非线性动力学分析

本文主要研究了带初始几何缺陷的功能梯度固支圆柱壳在不同体积分数下的非线性动力学行为。假定该功能梯度圆柱壳材料的组分是沿厚度的方向呈梯度几何变化的。运用经典板壳理论、von-Karman几何非线性应变位移关系以及Hamilton原理,推导出两端固支FGM圆柱壳的偏微分非线性运动控制方程。本文考虑了圆柱壳的对称模态,利用Galerkin法对上述非线性动力学方程进行截断,得到常微分形式的非线性动力学方程。主要运用Runge-Kutta法进行数值仿真,并且画出了其最大lyapunov指数图,主要研究了面内载荷对振动响应的影响,并对比了不同体积分数对系统非线性动力学的影响。     

横观各向同性热电材料简支矩形板的自由振动

从耦合的三维压电热弹性理论出发分析了横观各向同性热电材料简支矩板的自由振动,证明其存在两类振动,即解耦的第一类振动和耦合的第二类振动,如果板的结构和上下表面边界条件关于中面对称,则第二类振动又可进一步分解为对称振和反对称振动,给出了热电材料简支矩形板自由振动的三维精确解,采用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法克服了超越方程求复根的困难。对于ＰＺＴ－４矩形板给出了数值结果,分析了耦合效应对振动频率的影响,计算     

梁-桩-土竖向耦合振动特性分析

针对桩与连续梁组合这一基础形式,研究了梁—桩—土竖向耦合振动特性. 首先,将桩假设为一维黏弹性杆件,采用平面应变模型模拟桩侧成层土对桩的动力作用. 同时,桩顶对梁的支撑简化为竖向点支撑. 然后,分别根据一维杆件纵向振动理论和Timoshenko梁理论给出桩和梁的竖向振动控制方程并求解,进而借助离散傅里叶逆变换获得在梁上瞬时激振下梁和土层以上桩段的时域响应半解析解. 通过与有限元模拟结果对比,验证了解的合理性. 在此基础上,讨论了梁几何参数和桩身缺陷对梁—桩—土竖向耦合振动特性的影响.      

非线性Winkler地基上矩形薄板在移动荷载作用下的非线性动力分析

分析了非线性Winkler地基上矩形薄板在车辆移动荷载作用下的非线性动力特性。考虑地基反力的存在,基于Hamilton能量变分原理,建立了车辆、板、地基耦合系统非线性振动的控制微分方程;并将方程进行了量纲归一化处理,构造了满足周边自由矩形薄板全部边界条件的试探函数;运用伽辽金法和谐波平衡法对耦合系统控制方程进行了求解,讨论了板参数、地基参数、车辆系统参数等变化对耦合系统板振动幅频曲线的影响。结果表明:该耦合系统振动的频率都随板振幅的增大而增大;当板振动的幅值一定时,系统振动频率随着板厚、地基反应模量、车辆运行速度、车体刚度的增大而增大,但随着车体质量的增大而减小。因此,适当增加地基的反应模量可优化地基板的振动,并且从行车舒适性角度考虑,适当控制车速和车体刚度是有益的。     

端点位移激励下斜拉索非线性振动计算方法研究Investigation on computing method of nonlinear vibration of the stayed cable with displacement excitation at the end point

考虑拉索不同阶模态大幅振动之间的耦合效应,根据拉索的振动理论,详细地推导了单根拉索在端点位移激励下发生大幅振动时的非线性振动方程。根据某实际斜拉桥拉索参数,讨论了不同垂跨比对拉索振动特性的影响。使用四阶Runge-Kutta法求解拉索的非线性振动方程,通过对比有限元模型的非线性动力时程积分数值计算结果,验证了理论模型的可靠性与适用性。