单向加筋双层板的结构—声学优化研究
发布时间：2018-02-20 18:10
本文关键词： 加筋双层板 隔声 流固耦合 有限元分析 谱单元方法 结构 声学优化 出处：《上海交通大学》2014年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：高速载运工具车（机）体的结构首先必须满足强度和刚度足够高的要求，同时又要轻量化，以减轻重量和减少能源消耗。夹层板壳便是为满足这些要求而发明的特殊复合材料结构之一。以金属波纹板为芯体、以金属薄板为上下面板构成的全金属夹层板是其中的一种结构形式。这些波纹芯体金属夹层板因为芯体对面板起中间加筋板作用，属于单向加筋双层板。因为波纹芯体金属夹层板在飞机机身和高速机车车体上都有应用，对外部声源，，特别是高速行驶时的空气动力噪声起隔声作用。因此，全面认识这类夹层板结构的声透射机理，并以此为基础建立表征其隔声能力的声透射损失有效计算方法，是实现以轻量化和车（舱）内低噪声水平为目标的现代高速载运工具结构优化设计的关键。 本文针对高速载运工具使用的波纹芯体金属夹层板，围绕其轻质、高隔声性能为目标的结构 声学优化问题开展研究工作。首先为考察声透射机理分析建模广泛采用的筋板“声学透明”假设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。计算结果表明，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。对于高速载运工具使用到的多数加筋双层板结构，如果腔内声学介质为空气，引入筋板结构声学透明假设计算得到的隔声结果能够满足工程精度要求。 由于有限元方法对网格细化的严格要求，采用有限元方法计算典型波纹芯体加筋双层板结构的隔声问题求解规模巨大、计算效率低下，特别在求解高频段时，采用有限元方法几乎不能完成求解。因而需要寻找一种效率更高的计算方法求解双层板结构的隔声问题。为此，本文进一步建立了基于谱单元理论计算单向双层加筋板结构经结构路径的声透射损失计算方法和流程。为建立这一方法，先推导了杆的纵向振动和Euler Bernoulli梁的横向振动谱单元公式。对直梁在集中载荷和分布载荷作用下的纵向和纵向振动响应分别用谱单元公式计算，并与模态展开法求得的理论解相对比，验证了谱单元方法求解此类结构振动响应的准确性。然后，利用杆 梁谱单元的组合来求解单向双层加筋板结构在入射声压激励下的振动和声辐射。谱单元方法求解此类结构所得的振声学响应结果与ABAQUS求解得到的结果相比较，验证了谱单元方法求解单向双层加筋板结构声透射问题的可靠性。计算时间的比较说明用谱单元方法计算同一结构、相同频段（10~10000Hz）的声透射损失所需计算时间只是有限元法的3%，证明了方法的高效性。利用谱单元方法，分析了筋板倾角对单向双层加筋板结构透射性能的影响规律。并以各筋板的倾角和宽度作为一组设计变量，在结构面密度不变的约束条件下，对加筋双层板进行结构 声学优化，优化过程大幅度加速。
[Abstract]:The structure of the high - speed carrier vehicle ( machine ) must meet the requirement of high strength and rigidity , and also be light - weight to reduce the weight and reduce energy consumption .
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本文编号：1519664
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