薄膜声固耦合特征有限元分析及实验研究

发布时间：2019-09-20 03:01

【摘要】：柔性薄膜结构由于其轻质、易折叠等优点,目前被广泛地应用于航空、航天、建筑等多个领域,但由于其与刚性结构相比柔度较大,受到外界环境干扰的影响较大,特别是在较大的声载荷作用下容易引起剧烈的振动。为了进一步研究薄膜在声固耦合环境下的性能,本文考虑采用有限元方法以及实验来研究带声腔薄膜的振动特征以及薄膜与声场交界面处的声压分布。建立了单纯薄膜以及带声腔薄膜的有限元模型,分别进行了模态分析,获得了两种模型的固有频率以及振型,通过对比分析研究声固耦合效应对薄膜振动特征的影响,讨论薄膜厚度、预应力大小以及面密度等参数对其振动性能的影响,对含有声腔结构的圆形薄膜进行了谐响应分析,利用声学单元求解得到了薄膜与声腔内声场在交界面处的声压大小,通过研究声压在声腔内的分布情况了解到了声波在其内的传播形式,同时研究了薄膜变形、交界面声压与声腔底部作用的激振力频率及大小之间的关系。建立了用于研究薄膜声固耦合特征的实验系统,将薄膜与铝制声腔结构耦合在一起,通过激振器推动活塞向声腔内辐射声波来模拟声源,利用激光位移传感器,声压传感器以及加速度传感器分别获取了薄膜的振动信息,声腔内部的声压信息以及平台支撑板的振动信息,利用快速傅里叶变换以及振型相关算法得到了带声腔薄膜的耦合固有频率及振型,并与有限元计算结果进行对比分析,同时,也利用实验的手段得到了薄膜声腔交界面声压与声腔底部激振器激振频率大小的关系,并与有限元结果进行了对比。最后对比了圆柱体声腔结构与长方体声腔结构内部交界面声压随激振频率大小变化的区别。
【图文】：

薄膜系统,有限元仿真,试件,过程

图 2-1 薄膜系统试件有限元仿真过程分为三个部分。第一部分分析周边固支圆（也即单个薄膜）的振动情况，此时薄膜仅受到薄膜张力振动状态，利用有限元仿真计算出此状态下薄膜的固有频分析周边固支带有声腔结构的圆形薄膜振动情况，此时薄在交界面处会相互耦合，利用有限元仿真中的声学单元进从而求得此种状态下薄膜的固有频率和模态，并与第一部研究薄膜声固耦合效应对薄膜振动的影响作用；第三部分参数对受到声固耦合效应作用的薄膜振动特性的影响，主力、薄膜厚度、弹性模量等。纯圆形薄膜模态分析研究声固耦合效应对薄膜振动的影响，对不含有声腔的薄有限元分析，作为对比的参照。由于薄膜在自然条件下不

圆形薄膜,有限元模型,声固耦合,振型

图 2-2 圆形薄膜材料的有限元模型拟可以得到在不考虑声固耦合作用下圆，而在后面对受声固耦合影响的薄膜振拟结果进行对比分析。有限元模拟的阶频率分别为 729.1Hz、1163.1Hz、1外周处位移都几乎为零，这说明说明果很明显。从图中可以看出，第一阶振为最大，，为整个薄膜系统的基频振动；薄膜某一直径成反对称；第三阶振型为第四阶振型为对称振型，这阶振型最大圆心处，但是其他部位的振幅却明显不
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2

【参考文献】