复杂薄壳结构振动声辐射特性及控制技术研究

发布时间：2018-10-07 17:22

【摘要】：随着工业的发展,动力机械设备的运行功率增大,振动能量增强,而工程结构日益向轻、薄方向发展,导致结构振动和噪声问题日益严重。在产品设计阶段有效预测产品的声振特性,采取有效措施进行低噪声设计,就可以避免多次反复设计和试制,降低设计费用,加快制造进度。薄壳结构在汽车、船舶、水下航行结构等领域广泛使用,研究复杂薄壳结构在宽频域声振特性的预测及控制技术,对国民经济和国防事业具有重大的意义。本文以复杂薄壳结构为研究对象,研究了加筋板结构、夹层结构、基座结构、圆柱壳体及支撑结构与船舶模型在宽频范围的振动与声辐射特性及控制技术；提出了一种阻振性能优良的新型空心阻振结构；研制了一种具有宽频高阻尼特性的丁基橡胶复合阻尼减振胶板,从工程应用角度充分揭示了其对薄壳结构的减振性能；设计了内含多个设备支撑基座的圆柱壳体实验模型装置,研究了圆柱壳体内支撑结构的振动传递与辐射噪声特性；提出了支撑结构的复合阻振技术,开展了复杂薄壳结构在宽频域的声振特性预报,取得了良好的减振降噪效果。本文主要研究内容及结论如下： (1)基于复杂结构中高频声振性能分析的FE-SEA混合法,提出用特征尺寸与波长的比值即特征尺度比△划分FEM、SEA和FE-SEA混合法的有效频率区间,提高了建立复杂薄壳结构FE-SEA混合模型的效率。 (2)提出了一种新型空心阻振结构,开展了阻振机理及数值计算和实验研究。与实心阻振结构相比,空心阻振结构的阻抗失配加剧,阻振效果提高,有效阻振频率向低频移动,可拓宽阻振频率范围。薄壳结构的加强筋可在一定程度上降低板结构的低频振动,而阻振结构主要对中高频振动具有优良的阻振性能。 (3)以丁基橡胶为主要原材料研制的自粘性复合阻尼减振胶板,对于汽车、船舶等薄壳板筋结构,在宽频范围具有良好的阻尼减振性能。粘贴该复合阻尼减振胶板后,薄壳结构在宽频范围的平均结构损耗因子显著增加,阻尼减振效果随着传播距离的增加而增加。 (4)设计了内部具有3类设备支撑基座的水下圆柱壳体实验模型装置,采用传递函数灵敏度分析方法,对圆柱壳体结构有限元模型进行修正。修正后圆柱壳体、平台结构前10阶固有频率的计算误差分别小于8%、2%,传递函数计算与实验结果的趋势基本一致。在此基础上,分析了支撑结构参数对圆柱壳体低频振动传递特性的影响规律,为支撑结构声学设计提供了基础。 (5)通过基座至圆柱壳体结构的振动传递特性分析,揭示了基座类型、结构参数和布置位置对振动传递特性的影响。基座至圆柱壳体表面的振动传递函数、传递率与基座及圆柱壳体的结构振动模态参数有关,在低频时受基座和圆柱壳体结构振动模态的影响较为明显；相同类型的基座,至圆柱壳体表面的等效传递率较接近,基座局部结构参数的调整对等效传递率的影响较小；用机械导纳与传递率为评价指标,所得到的基座至壳体表面的机械导纳与传递率分布的趋势及基本特征一致;在中高频时,提出了采用等效机械导纳或等效传递率评价圆柱壳体表面的平均振动特性。 (6)提出了质量阻振与阻尼减振相结合的复合阻振技术,开展了圆柱壳体模型支撑结构的复合阻振性能研究。结果表明复合阻振技术较单独刚性阻振、阻尼减振技术具有一定优势,可提高减振降噪效果并拓宽有效减振频率范围。本文工作发展了薄壳结构阻振结构的结构形式,研究了薄壳结构的质量阻振性能,研究了丁基橡胶复合阻尼材料的阻尼减振性能,提出了支撑结构的复合阻振技术,研宄了复杂薄壳结构的宽频声振性能混合法建模及数值预报方法,深化了支撑结构的振动传递控制技术,为提高复杂薄壳结构的声学设计水平进行了创造性的工作,取得了一系列具有工程实用价值的结论和成果,对于汽车、船舶等复杂薄壳结构的低噪声设计具有参考价值。
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【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB535

【参考文献】