加强筋对板类工程结构振声响应特性的影响及应用研究

发布时间：2017-07-19 06:28

  本文关键词：加强筋对板类工程结构振声响应特性的影响及应用研究

  更多相关文章： 筋板结构 振动简化计算 参数变化 辐射声功率 声辐射效率

【摘要】：筋板结构具有质量轻、刚度大、抗冲击性良好等优点,因此被广泛地应用于汽车、高铁、船舶及航空航天器等舱室结构。但筋板结构在外部激励下易产生振动与噪声,严重影响了交通工具舱室内外的舒适性。为了解决这一问题,众多学者运用理论、仿真及实验等分析方法,对筋板结构的振动声学特性进行了大量的研究并取得了丰硕的成果。但现有研究的重点多集中于研究方法对于其振声响应特性预测的有效性和准确性,而对筋板参数变化所引起的振声特性变化规律缺乏总结,尤其是缺乏加强筋对于筋板结构振动特性及声辐射特性影响规律的对比分析研究。同时,对于加强筋数目较多、结构尺寸较大的筋板结构,振声分析耗时长的问题仍然存在。针对以上问题,本文首先总结了梁、板在非耦合状态下振动及声辐射特性的基本理论,以欧拉梁及简支薄板为例,分别推导了梁、板结构在点激励下的振动响应,并通过解析结果与有限元结果的对比分析,对数例模型进行了验证。进而结合振动体表面声辐射计算方法,给出了梁、板结构声辐射模态及声辐射效率的分析方法,并重点比较了各阶振型下声辐射模态的异同。以此为基础,利用子结构的传递矩阵法,将加强筋及平板的振动视为模态叠加的形式,根据筋板连接位置处力及位移的连续性,给出了不同连接条件下,筋板结构的振动特性理论计算方法及有限元证明。重点讨论了加强筋参数变化对筋板结构振动特性的影响。同时,针对多筋结构计算耗时长的问题,提出了振动响应简化计算的方法。通过讨论加强筋间距、筋板间连接点数目、筋板间动态特性差异以及激励点位置对振动响应的影响,对简化计算的适用条件及精度误差进行了分析。在筋板结构振动响应的基础上,本文给出了筋板结构辐射声功率及声辐射效率计算方法,重点讨论了加强筋参数变化对结构表面速度、辐射声功率及声辐射效率的影响。对比了加强筋参数变化对筋板组合结构振动及声学特性影响规律的异同。最后,在筋板结构的振动及声学实验中,使用了直接测量法及半解析方法获得辐射声功率。通过对比两种方法,证明了由结构表面速度获得辐射声功率的可行性,验证了理论推导中加强筋参数变化的分析结果。对筋板结构模型的数例仿真及实验结果表明：振动方面,相比于加强筋的质量变化,其刚度变化对固有频率的影响更为复杂且对振动响应的影响更为明显。同时,加强筋与激励点之间的相对位置关系对整体结构的振动响应影响显著。通常情况下,激励靠近加强筋时,筋板结构的均方速度更小。对于简化计算的精度,筋板间动态特性差异、耦合强度及分析频率的影响占主导地位,且随着激励点位置的不同,其影响也有所差异：当激励位于加强筋上时,筋板间动态特性差异越大,误差越小；当激励位于平板上时,所得结论相反。声辐射方面,相比于平板,筋板结构整体的辐射声功率会下降,但由于声辐射效率的提升,部分频段内的辐射声功率反而增加;相比于对结构振动响应的影响,加强筋参数变化对辐射声功率的影响更小。本文所做理论推导选取简支、结构简单的筋板结构；实验所用边界接近固支。不同方法所反映出加强筋影响规律有较好的一致性,因此所得结论有向复杂边界及结构推广的可能。
【关键词】：筋板结构 振动简化计算 参数变化 辐射声功率 声辐射效率
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB123
【目录】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 符号说明15-17
• 第1章 绪论17-23
• 1.1 研究背景17-18
• 1.2 国内外研究现状18-22
• 1.2.1 筋板组合结构振动特性研究18-20
• 1.2.2 筋板组合结构声学特性研究20-22
• 1.3 本文研究内容22-23
• 第2章 简单结构的振动及声辐射特性23-37
• 2.1 梁及板结构的振动特性23-26
• 2.1.1 有限梁结构的振动特性23-25
• 2.1.2 有限板结构的振动特性25-26
• 2.2 梁及板结构的声辐射特性26-31
• 2.2.1 振动结构表面的声辐射计算26-27
• 2.2.2 单一振动模态下的声辐射27-29
• 2.2.3 多模态振动下的声辐射29-31
• 2.3 声辐射模态31-33
• 2.3.1 表面振动表达为单元格形式(acoustic radiation modes)31
• 2.3.2 振动模态表达形式(structure-dependent radiation modes)31-32
• 2.3.3 振动体的声辐射效率32-33
• 2.4 梁、板结构的数例仿真33-37
• 第3章 加强筋对板结构振动特性影响分析37-57
• 3.1 组合结构理论推导37-42
• 3.1.1 离散连接37-38
• 3.1.2 连续连接38-42
• 3.2 加强筋参数对结构振动特性影响分析42-49
• 3.2.1 结构参数44-46
• 3.2.2 位置参数46-49
• 3.3 简化计算方法及适用条件49-57
• 3.3.1 离散连接条件下的简化计算49-53
• 3.3.2 连续连接条件下的简化计算53-56
• 3.3.3 简化计算适用条件56-57
• 第4章 筋板组合结构的声辐射特性分析57-67
• 4.1 加筋板声辐射计算方法57
• 4.2 加强筋对结构声辐射影响分析57-67
• 4.2.1 加强筋对单一振动模态声辐射影响57-59
• 4.2.2 加强筋对结构总体声辐射影响59-67
• 第5章 筋板组合结构振动及声辐射实验验证67-73
• 5.1 实验对象及实验方法67-68
• 5.2 实验结果及分析68-73
• 5.2.1 平板的振动及声学测试68-71
• 5.2.2 加筋板的振动及声学测试71-73
• 第6章 总结与展望73-77
• 6.1 研究内容总结73-74
• 6.2 论文创新点74-75
• 6.3 问题与展望75-77
• 附录A 周期性结构中的波动法77-81
• 附录B 实验测点布置及误差分析81-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文91-92
• 附件92

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本文编号：561604