考虑可制造性的加筋双层板隔声优化

发布时间：2017-04-24 09:11

  本文关键词：考虑可制造性的加筋双层板隔声优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属波纹芯体夹层结构以其比强度和比刚度高的优点,被广泛用于现代高速运载工具。其结构-声学优化需要建立可靠的声透射损失计算方法,以实现在不降低结构刚度的基础上,实现轻量化及降低运载工具内部噪声水平的目标。本文首先运用有限元法计算金属波纹芯体加筋双层板在简谐平面声波激励下的声透射损失(STL)。分别建立了结构路径传声和结构-空腔耦合传声两种模型,计算结果表明,当空腔介质为空气时,结构路径传声模型和结构-空腔耦合模型的声透射损失曲线基本重合,空腔介质与结构的耦合作用表现为弱耦合作用。然后在筋板截面积不变的约束条件下,通过有限元计算分析了筋板倾角、面板间距和面板厚度对加筋双层板隔声性能的影响。发现筋板倾角对于加筋双层板特定频带的声透射损失有显著差异,因此根据声源频率选择合适的筋板倾角可以达到较优隔声效果。进一步应用声-固耦合理论,以筋板倾角为45°的梯形加筋双层板结构为例,在频带为10-2500Hz范围内,发现耦合效应对透射声功率影响不大。同时对于结构传声模型和结构-空腔耦合模型计算得到的局部频段出现的透射声功率较大差异进行解释。结构-空腔耦合模态分析结果表明,这两种模型计算得到的局部频段出现的透射声功率差异与空腔声模态和结构-空腔耦合模态存在关联关系。而且,随着双层加筋板拓扑结构的变化,空腔几何形状改变而引起的腔体声模态及结构-空腔耦合模态变化导致加筋双层板透射声功率在局部频段峰值和谷值频率不同,因而不同芯体拓扑结构的结构传声模型与结构-声学耦合模型计算得到的透射声功率出现差异的频段也不同。最后,考虑芯体结构的可制造性,在加筋双层板整体质量和刚度等约束条件下对金属加筋双层板进行了结构-声学优化。为了提高优化目标函数计算的效率,应用谱元法(SEM)替代传统有限元方法建立了加筋双层板结构在简谐平面声波激励下的振动响应分析模型,通过与有限元方法的对比,表明谱元法(SEM)在求解该类问题时具有精度高和求解速度快的优点。整个结构-声学优化采用单参数优化与多参数联合优化对照的方式,首先在筋板质量和总质量不变的约束条件下,建立加筋双层板的单参数优化模型,以不同频段最小平均透射声功率为目标,分别优化筋板倾角和面板厚度。而对筋板倾角和面板厚度两个变量的多参数优化使用多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA),同样在加筋双层板整体刚度和质量约束条件下,以平均透射声功率为目标对结构几何参数进行了多参数优化计算。结果表明,在不同优化频段MIGA都可以得到满意的优化结果;而且,相较于单参数优化,多参数优化得到的加筋双层隔声性能更优。
【关键词】：加筋双层板 声透射损失 有限元法 谱元法 隔声优化
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB535
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 课题来源及研究意义14-15
• 1.3.1 课题来源14-15
• 1.3.2 研究意义15
• 1.4 研究内容15-17
• 第二章 加筋双层板隔声性能的有限元法分析17-32
• 2.1 引言17
• 2.2 结构隔声性能的数学表征17-18
• 2.3 有限元法求解加筋双层板的声透射问题18-21
• 2.3.1 加筋双层板结构及其参数18-19
• 2.3.2 透射声功率计算的有限元建模19
• 2.3.3 有限元分析的后处理19-21
• 2.4 有限元模型的验证21-24
• 2.4.1 简支梁声透射损失的理论解21-23
• 2.4.2 有限元模型的验证23-24
• 2.5 结构模型和耦合模型的声透射损失有限元求解结果比较24-26
• 2.6 加筋双层板结构参数对其隔声性能的影响26-31
• 2.6.1 筋板倾角对STL的影响26-27
• 2.6.2 面板间距对STL的影响27-29
• 2.6.3 面板厚度对STL的影响29-31
• 2.7 本章小结31-32
• 第三章 金属波纹加筋双层板的声透射机理研究32-49
• 3.1 引言32
• 3.2 声-固耦合问题的有限元求解32-38
• 3.3 声-固耦合对加筋双层板传声的影响38-47
• 3.3.1 结构传声模型与结构-空腔耦合模型的透射声功率对比38-43
• 3.3.2 结构传声模型与结构-空腔耦合模型的平均透射声功率对比43-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 基于可制造性的加筋双层板结构-声学优化49-70
• 4.1 引言49
• 4.2 杆与梁的谱元公式49-52
• 4.2.1 轴向振动杆的谱元公式49-50
• 4.2.2 Euler-Bernoulli梁的谱元公式50-52
• 4.2.3 杆-梁组合系统的谱元公式52
• 4.3 谱元法求解结构振动的算例验证52-57
• 4.3.1 受均布载荷激励的欧拉梁振动响应求解53-55
• 4.3.2 谱元法求解加筋双层板结构的振动响应55-57
• 4.4 优化的数学表达式与基础模型参数57-58
• 4.5 隔声性能的单参数优化58-64
• 4.5.1 筋板倾角的优化59-61
• 4.5.2 面板厚度的优化61-64
• 4.6 隔声性能的多参数优化64-69
• 4.6.1 单频率点的结构-声学优化64-65
• 4.6.2 窄频带的结构-声学优化65-67
• 4.6.3 宽频带的结构-声学优化67-69
• 4.7 本章小结69-70
• 第五章 总结与展望70-73
• 5.1 全文总结70-71
• 5.2 工作展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文78

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谈至明;半结合式双层板弯曲的近似计算[J];公路;2001年04期

2 管公顺;哈跃;庞宝君;崔乃刚;;铝双层板结构超高速正撞击后板弹坑分布[J];机械工程学报;2009年03期

3 王佐民;姜在秀;;双层板结构隔声性能阻抗法分析[J];同济大学学报(自然科学版);2011年09期

4 郭成喜;一种快速分析双层板结构临界载荷的方法[J];舰船科学技术;1997年03期

5 施原,汪鸿振;双层板结构中声传播主动控制的仿真分析[J];声学技术;2002年Z1期

6 习仲萍;曹建英;;正交加筋双层板的挠曲微分方程[J];现代机械;2011年01期

7 郑传超;蔚旭灿;;圆形均布荷载作用下弹性地基上结合式双层板中性面分析[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2007年04期

8 李林健;唐伯明;韦刚;吴志辉;;基于能量变分原理的双层板层间温度应力计算[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2008年04期

9 王义柏;魏智平;郑辉;;单向加筋双层板隔声性能的有限元分析[J];噪声与振动控制;2014年04期

10 管公顺;朱耀;迟润强;哈跃;庞宝君;;铝双层板结构撞击损伤的板间距效应实验研究[J];材料科学与工艺;2008年05期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 刘孝斌;白振国;张峰;;水下周期性加肋双层板的振动特性分析[A];第十三届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2011年

2 张庆明;谈庆明;张德良;郑哲敏;;超高速冲击铝双层板的熔化效应[A];郑哲敏文集[C];2004年

3 周振威;李德玉;欧礼坚;;双层板结构水下振动声辐射的特性[A];第十四届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2013年

4 施原;汪鸿振;;双层板结构中声传播的主动控制实验研究[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年

5 张献英;陈克安;;双层板有源隔声结构近场声学特性初步研究[A];第二届西安-上海两地声学学术会议论文集[C];2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 王华楠;双层板水泥混凝土路面板层间粘结状态理论研究[D];长安大学;2015年

2 李兰清;考虑可制造性的加筋双层板隔声优化[D];上海交通大学;2015年

3 邢栋梁;双层板结构透声性能计算和分析[D];华中科技大学;2008年

4 袁丽芸;水下弹性/压电双层板的声波反射分析[D];华中科技大学;2005年

5 王义柏;单向加筋双层板的结构—声学优化研究[D];上海交通大学;2014年

6 钱俊;炸药接触爆炸下铝板及铝—钢双层板中冲击波传播规律的研究[D];南京理工大学;2007年

  本文关键词：考虑可制造性的加筋双层板隔声优化，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：323927