学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

夹层结构振动声辐射特性研究

作　者: 王海英
导　师: 赵德有
学　校: 大连理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 夹层板 夹层梁 固有频率 动力特性 结构声辐射 动态刚度矩阵
分类号: TB533
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 363次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


目前,由于军用、民用舰船均朝着高速、轻量化发展,比强度大、比重量轻的复合材料层合结构开始受到关注。但在国内的船舶与海洋工程领域,层合结构的各方面研究还不深入,与国际先进水平还存在着一定的差距;层合结构在船舶与海洋结构物上的应用方面亦相当薄弱。此外,振动和噪声大大破坏了舰船的隐蔽性和舒适性,结构振动和噪声预报及其控制研究对民船和军船都是一项十分重要的研究课题。本文主要采用有限元和声学边界元方法,对层合结构中的夹层结构振动和声辐射特性进行数值分析,完成的主要工作和创新性成果如下:现有的夹层板理论大多仅考虑了芯板的垂向剪切应变和应力,很少考虑芯板的垂向正应变和正应力。而实际工程中,夹层板的芯板与面板相比其厚度要大得多,其弹性模量则要小很多,在变形过程中很容易产生垂向压缩或拉伸变形。因此忽略芯层垂向正应力和正应变的夹层板理论是不尽合理的。同时,对于夹层板结构,结构在低频时主要以弯曲振动的形式向外辐射噪声,当结构受到高频激励时,结构会以压缩波的形式向外辐射噪声。以往的夹层板理论由于忽略了芯层的垂向正应变,将不能体现结构的垂向压缩振动模式,即夹层板对称模态,这与结构的实际变形是不相符合的。为了消除上述不足,本文构造了一个新的考虑芯板压缩变形影响的夹层板单元。将上下面板分别采用基于一阶剪切理论的Mindlin板进行模拟,采用选择积分技术,消除了计算时的剪切闭锁问题;芯板位移和挠度沿厚度方向非线性变化,并用面板位移表示。该单元不仅考虑了芯板和面板的垂向剪切变形,还计及了芯板的垂向压缩变形的影响。推导了相应的位移应变关系,根据Halmiton原理建立了动力有限元方程,由能量守恒定律推导了夹层板的阻尼矩阵。数值计算结果表明本文所提出的夹层板位移模式是正确有效的;对于具有厚、软芯板的夹层板的自由振动和动力特性研究,考虑芯板的横向压缩变形的影响是合理的,并且夹层板的芯板厚度相对越大,弹性模量相对越小,芯板横向压缩变形的影响就越大。耦合损耗因子是统计能量分析重要参数之一,通常只能在模态密度足够大的高频领域通过传统的波动方法求得。本文在前人工作的基础上给出了一种夹层板间耦合损耗因子表达式,它可以由耦合夹层板的模态信息完全表示,且无需计算夹层板的响应,能够在低频领域计算夹层板的耦合损耗因子。计算结果表明本文方法是正确有效的,且简便易行,不仅为统计能量分析在低频域应用提供了可能,也给出了一种表征夹层板间能量传输损耗大小的简单参数。在夹层板有限元分析的基础上,应用声学边界元法对夹层板在空气中的声辐射特性进行研究,计算了不同物理和几何芯板参数下夹层板的声辐射特性,探讨了夹层板芯板参数对其声辐射特性的影响。在本文夹层板有限元分析工作的基础上建立了一种考虑芯板垂向压缩变形影响的夹层加筋板有限元模型,其中加强筋采用Timoshenko梁模型模拟,给出了夹层加筋板的动能和势能,根据Hamilton原理推导了其控制微分方程,求解了夹层加筋板的固有频率和响应。推导了考虑芯层垂向压缩变形影响的夹层梁的动态刚度矩阵。为动态刚度矩阵方法提供了一种新的单元类型。首先给出了一种考虑夹层梁芯层垂向压缩变形影响的夹层梁位移模式,推导了相应的夹层梁动能和势能,根据Hamilton原理推导了其控制微分方程,然后按照动态刚度矩阵的一般推导过程推导了考虑芯层垂向压缩变形影响的夹层梁动态刚度矩阵。计算结果证明本文推导的夹层梁动态刚度矩阵是正确可靠的。在夹层梁的动态刚度矩阵推导和高频计算中考虑芯层垂向压缩变形是合理的。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-39
  1.1 立题的科学依据及研究意义  12-14
  1.2 国内外研究进展  14-25
    1.2.1 层合结构数值模型研究进展  14-17
    1.2.2 结构声辐射研究概况  17-21
    1.2.3 统计能量分析法及其主要参数研究进展  21-22
    1.2.4 动态刚度阵法的研究概况  22-25
  1.3 本文完成的主要工作  25-26
  1.4 本文各章的主要内容  26
  参考文献  26-39
2 层合板有限元分析  39-58
  2.1 引言  39-40
  2.2 Mindlin板理论回顾  40-42
  2.3 位移型厚/薄板单元  42-43
    2.3.1 由厚板元到厚/薄板元的方法  42-43
    2.3.2 由厚板元到厚/薄板元的方法  43
  2.4 基于Mindlin假设的四节点板单元的构造  43-48
    2.4.1 单元的位移应变关系  43-45
    2.4.2 单元的应力应变关系  45-48
  2.5 基于Mindlin假设的经典层合板单元构造  48-53
    2.5.1 基本假设  48-49
    2.5.2 层合板单元构造  49-51
    2.5.3 有限元离散  51-53
  2.6 程序验证  53-56
    2.6.1 Mindlin板单元程序验证  53-55
    2.6.2 经典层合板单元程序验证  55-56
  2.7 小结  56
  参考文献  56-58
3 考虑芯板垂向压缩变形的夹层板结构动态特性有限元分析  58-76
  3.1 引言  58-60
  3.2 粘弹性材料阻尼的产生机理及数学模型  60-62
  3.3 夹层板结构有限元分析  62-69
    3.3.1 基本假设  62-63
    3.3.2 夹层板位移场  63-65
    3.3.3 夹层板应变场  65
    3.3.4 夹层板本构关系  65-66
    3.3.5 有限元列式  66-68
    3.3.6 阻尼矩阵  68-69
  3.4 数值计算  69-73
    3.4.1 模型验证  69-71
    3.4.2 考虑芯板横向压缩变形影响的合理性  71-73
  3.5 小结  73
  参考文献  73-76
4 夹层板的统计能量分析参数研究  76-91
  4.1 引言  76-77
  4.2 模态密度介绍  77
  4.3 一些简单结构的模态密度  77-80
    4.3.1 一维梁横向振动的模态密度  77-78
    4.3.2 二维平板振动系统的模态密度  78-80
  4.4 夹层板的模态密度推导  80-83
    4.4.1 夹层板的弯曲振动微分方程  80-81
    4.4.2 夹层板的模态密度计算公式推导  81-83
  4.5 夹层板耦合损耗因子推导  83-86
  4.6 数值计算  86-90
  4.7 小结  90
  参考文献  90-91
5 夹层板声辐射特性研究  91-100
  5.1 引言  91-92
  5.2 结构声辐射计算的边界元方法  92-96
    5.2.1 声学边界积分方程  92-94
    5.2.2 结构有限元与流体边界元的耦合方程  94-95
    5.2.3 边界积分方程的离散  95-96
  5.3 数值计算  96-99
    5.3.1 芯板厚度对夹层板振动声辐射的影响  97-98
    5.3.2 芯板材料弹性模量对夹层板声辐射性能的影响  98
    5.3.3 芯板密度对夹层板声辐射性能的影响  98-99
  5.4 小结  99
  参考文献  99-100
6 夹层加筋板振动特性研究  100-109
  6.1 引言  100-101
  6.2 加强筋的位移场  101-103
  6.3 夹层加筋板的有限元动力方程  103
  6.4 数值计算  103-107
    6.4.1 模型验证  103-104
    6.4.2 芯板参数对夹层加筋板固有频率的影响  104
    6.4.3 考虑芯板可压缩变形的合理性  104-107
  6.5 小结  107
  参考文献  107-109
7 考虑芯层可压缩的夹层梁动态刚度矩阵  109-130
  7.1 引言  109-110
  7.2 动态刚度矩阵法的基本概念和算法  110-112
    7.2.1 动态刚度阵法的基本概念  110-111
    7.2.2 动态刚度阵法的一般推导过程  111-112
  7.3 Wittrick-Williams算法简介  112-113
  7.4 Timoshenko梁单元动态刚度阵推导和Wittrick-Williams算法  113-119
    7.4.1 基于Timoshenko梁理论的梁单元动态刚度阵  113-117
    7.4.2 Timoshenko梁单元的Wittrick-Williams算法  117-119
  7.5 夹层梁的动态刚度矩阵法单元推导  119-126
    7.5.1 夹层梁的控制微分方程及其解  119-124
    7.5.2 夹层梁动态刚度矩阵  124-126
  7.6 数值计算  126-129
  7.7 小结  129
  参考文献  129-130
8 结论与展望  130-132
  8.1 全文工作总结  130-131
  8.2 展望  131-132
附录A 公式(3.29)参数表达式  132-134
附录B 公式(7.78)-(7.83)参数表达式  134-136
攻读博士学位期间发表学术论文情况  136-137
论文创新点摘要  137-138
致谢  138-139
作者简介  139-140

相似论文

  1. 金属蜂窝与再生冷却通道的传热特性研究,V215.4
  2. 基于数字滤波技术的直线电机伺服控制系统设计,TM359.4
  3. 基于时程分析法碾压混凝土重力坝抗震稳定性分析,TV642.2
  4. 采油中心的动力特性分析及结构优化改进,TE933.1
  5. 超声变幅杆的瞬态动力学研究,TG663
  6. 基于超声激励的倒装芯片缺陷检测技术研究,TN407
  7. 直驱式A/C轴双摆角铣头结构分析与性能检测,TG547
  8. 大容量电力变压器绕组稳定性及油箱强度研究,TM411
  9. 大型变压器涡流损耗与器身振动的计算与分析,TM41
  10. 双浮筒浮防波堤水动力数值研究,U656.2
  11. 高速公路路基的动力特性及施工工艺研究,U416.1
  12. 澜沧江钢管混凝土劲性骨架拱桥抗震性能分析,U442.55
  13. 人车分行式钢箱拱桥空间静、动力计算分析与实验,U441
  14. 山区曲线部分斜拉桥结构体系与结构性能研究,U448.27
  15. 桥梁结构主梁断面涡激共振研究,U441.3
  16. 大跨中承式钢管混凝土拱桥静动力特性分析及试验研究,U441.3
  17. 矮塔斜拉桥合理设计状态及动力特性研究,U448.27
  18. 基于反应谱的斜拉桥动力特性及地震响应的有限元分析,U441.3
  19. 斜拉桥结构体系的抗震性能分析及优化,U442.55
  20. 三峡水库香溪河库湾倒灌异重流运动特性研究,TV145.2
  21. 宝钢厚板冷矫直机主传动系统扭振建模及强度分析,TG333.23

中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 声学工程 > 振动、噪声及其控制 > 振动与噪声的发生
© 2012 www.xueweilunwen.com