减振降噪带隙结构设计及吸声覆盖层拓扑优化
发布时间：2021-11-21 12:45
在船舶工程领域,抑制结构低频和宽带振动噪声受到研究人员的持续关注。周期结构中弹性波传播具有带隙特性,在某些频率范围内弹性波无法传播通过,这种特殊性质为减振降噪设计开辟了新的道路。板梁结构作为应用在船舶工程中的基本构件,如何利用带隙特性组建具有控制弯曲波传播能力的人工周期板梁结构,对解决减振降噪工作面临的技术挑战和关键问题具有重要意义。目前虽然已有抑制结构振动和噪声的人工周期板梁结构设计,但在实现轻质宽带设计和抑制低频弯曲波传播方面还存在很大的探索空间;另外,利用带隙特性控制夹芯双层板结构传声能力的研究也较少,这无疑限制了新型隔声设计的出现。因此,本论文以改善结构低频宽带减振降噪特性为目标,分别开展了新型周期板梁结构设计和夹芯双层板隔声设计工作。同时,作为一种典型的水下人工周期结构,声学覆盖层通常周期敷设在潜艇结构表面来提高潜艇的声隐身性能,吸收低频和宽带入射声波,同样也是覆盖层未来发展公认的技术特征。如何在有限厚度的材料制约下,基于周期结构理论获得满足低频和宽带吸声要求的几何构型也是本论文考虑的问题。综上所述,本论文围绕周期结构面临的低频宽带减振降噪问题展开了深入研究,开展了以带隙特性...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１船舶工程领域周期结构示意图：（ａ）加筋板壳结构｜１］；?（ｂ）吸声覆盖层??Ｆｉｇ．?１．１?Ｐｅｒｉｏｄｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｉｎ?ｓｈｉｐ?ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：?（ａ）?ｓｔｉｆｆｅｎｅｄ?ｐｌａｔｅｓ；?（ｂ）?ａｎｅｃｈｏｉｃ?ｃｏａｔｉｎｇ??
立的特征方程求解获得。每一组波动频率Ｗ与波矢Ａ都确定了可以在空间中自由传播的??平面波，没有波矢与之对应的频率范围，意味着此频率范围内没有可传播的平面波，那??么这样的区域就是Ｂｌｏｃｈ波的禁带，与之相反的即为通带，如图１．３?（ａ）所示。因此，??我们可以根据求解得到的频散曲线来识别禁带通带的位置。第二种，軾形式，显而易??见，波动频率￡？视为己知量，波数矢量Ａ变为待求解的特征值。其中，波数的实部代表??了弹性波在空间中传播时相位发生的变化，而虚部则衡量了弹性波在空间传播过程中的??衰减程度。因此，我们依然可以根据求解得到的波数来判断给定频率下的波矢是处于通??带还是禁带，如图１．３?（ｂ）所示。无论建立哪种形式下的特征方程都依赖于带隙特性计??算方法，下面介绍目前求解弹性波带隙特性的主要方法。??！？〇〇?＼?丨０００〉??８００?－?／?＼?Ｘ?８００?＇??＾?６００?－」???＾?６００?＝?—■??－?．?．?－?—??Ｉ?４０（？?－?Ｙ?＼?Ｓ＇?４〇〇?－??￣?２００?－?／?＼?２００?－??
＇构造各向异性声学介质保护层，从而改变探测声波的传播轨迹，使声波从目标物体绕射??过去，实现声隐身目的。三维结构的声学斗篷对声波的控制如图１．５所示［１１６］。??ｍｅｍｂｒａｎｅ??笔一—；－??ａｂｓｏｒｂｅｒ?ｎｏｒｍａ！?ｔｕｂｅ?ｍｏｔａ?ａＤｓｏｒｔｏｅ－?????ｍａｔｅｒｉａｌ??（ａ）?（ｂ）??图１．４具有（ａ）负等效密度和（ｂ）负等效模量的声学超材料??Ｆｉｇ．?１．４?Ｅｘａｍｐｌｅｓ?ｏｆ?ａｃｏｕｓｔｉｃ?ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｗｉｔｈ?（ａ）?ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?ｄｅｎｓｉｔｙ；?（ｂ）?ｎｅｇａｔｉｖｅ??ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?ｍｏｄｕｌｕｓ??緣．??图１．５声学斗篷示意图??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｃｏｕｓｔｉｃ?ｃｌｏａｋｉｎｇ??除了声隐身性能研究，Ｆｏｋ［１１７］在他的综述性文章里还指出了声学超材料目前的另外??两大应用方向：作为高效的减振降噪材料和作为高性能的声学透镜。在减振降噪方面，??香港科技大学的Ｙａｎｇ［ｍ］首次提出了薄膜型声学超材料概念，他将附着重物的弹性张紧??薄膜固定在支撑的格栅结构中
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶舱室周期加筋板隔声性能数值分析[J]. 高处,苏楠,王志超. 船舶. 2017(02)
[2]吸声覆盖层研究进展[J]. 张浩,傅欣艺,尹铫,刘碧龙. 应用声学. 2013(04)
[3]一种含圆柱形谐振散射体的黏弹材料低频吸声机理研究[J]. 杨海滨,李岳,赵宏刚,温激鸿,温熙森. 物理学报. 2013(15)
[4]组合腔型吸声覆盖层的声学特性分析[J]. 陶猛,卓琳凯. 上海交通大学学报. 2013(03)
[5]内嵌不同形状散射子的局域共振型黏弹性覆盖层低频吸声性能研究[J]. 吕林梅,温激鸿,赵宏刚,孟浩,温熙森. 物理学报. 2012(21)
[6]潜艇振动与噪声控制技术的最新研究进展[J]. 孙卫红,晏欣. 噪声与振动控制. 2012(05)
[7]基于各向同性材料的层状椭圆柱形声隐身衣设计[J]. 高东宝,曾新吾. 物理学报. 2012(18)
[8]多重散射方法研究轴对称空腔覆盖层的声学特性[J]. 白国锋,刘碧龙,隋富生,刘克,杨军. 声学学报. 2012(03)
[9]静水压力下吸声覆盖层的声学性能分析[J]. 陶猛,卓琳凯. 上海交通大学学报. 2011(09)
[10]基于有限元法的Alberich型覆盖层吸声特性研究[J]. 商超,魏英杰,张嘉钟,曹伟. 船舶力学. 2011(04)
博士论文
[1]周期性板结构的渐近均匀化方法及微结构优化[D]. 蔡园武.大连理工大学 2014
[2]局域共振型结构的带隙调控与减振降噪特性研究[D]. 肖勇.国防科学技术大学 2012
[3]基于声子晶体理论的梁板类周期结构振动带隙特性研究[D]. 郁殿龙.国防科学技术大学 2006
[4]声子晶体局域共振带隙机理及减振特性研究[D]. 王刚.国防科学技术大学 2005
[5]结构与柔性机构拓扑优化[D]. 贾海朋.大连理工大学 2005
[6]水声吸声覆盖层理论与实验研究[D]. 王曼.哈尔滨工程大学 2004
硕士论文
[1]水下吸声材料数值仿真与优化设计[D]. 杜灵根.哈尔滨工程大学 2010
[2]基于有限元法的水声吸声材料吸声特性研究[D]. 易思.国防科学技术大学 2008
[3]基于均匀化方法的材料参数化优化设计研究[D]. 康健.大连理工大学 2006
本文编号：3509537
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１船舶工程领域周期结构示意图：（ａ）加筋板壳结构｜１］；?（ｂ）吸声覆盖层??Ｆｉｇ．?１．１?Ｐｅｒｉｏｄｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｉｎ?ｓｈｉｐ?ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：?（ａ）?ｓｔｉｆｆｅｎｅｄ?ｐｌａｔｅｓ；?（ｂ）?ａｎｅｃｈｏｉｃ?ｃｏａｔｉｎｇ??
立的特征方程求解获得。每一组波动频率Ｗ与波矢Ａ都确定了可以在空间中自由传播的??平面波，没有波矢与之对应的频率范围，意味着此频率范围内没有可传播的平面波，那??么这样的区域就是Ｂｌｏｃｈ波的禁带，与之相反的即为通带，如图１．３?（ａ）所示。因此，??我们可以根据求解得到的频散曲线来识别禁带通带的位置。第二种，軾形式，显而易??见，波动频率￡？视为己知量，波数矢量Ａ变为待求解的特征值。其中，波数的实部代表??了弹性波在空间中传播时相位发生的变化，而虚部则衡量了弹性波在空间传播过程中的??衰减程度。因此，我们依然可以根据求解得到的波数来判断给定频率下的波矢是处于通??带还是禁带，如图１．３?（ｂ）所示。无论建立哪种形式下的特征方程都依赖于带隙特性计??算方法，下面介绍目前求解弹性波带隙特性的主要方法。??！？〇〇?＼?丨０００〉??８００?－?／?＼?Ｘ?８００?＇??＾?６００?－」???＾?６００?＝?—■??－?．?．?－?—??Ｉ?４０（？?－?Ｙ?＼?Ｓ＇?４〇〇?－??￣?２００?－?／?＼?２００?－??
＇构造各向异性声学介质保护层，从而改变探测声波的传播轨迹，使声波从目标物体绕射??过去，实现声隐身目的。三维结构的声学斗篷对声波的控制如图１．５所示［１１６］。??ｍｅｍｂｒａｎｅ??笔一—；－??ａｂｓｏｒｂｅｒ?ｎｏｒｍａ！?ｔｕｂｅ?ｍｏｔａ?ａＤｓｏｒｔｏｅ－?????ｍａｔｅｒｉａｌ??（ａ）?（ｂ）??图１．４具有（ａ）负等效密度和（ｂ）负等效模量的声学超材料??Ｆｉｇ．?１．４?Ｅｘａｍｐｌｅｓ?ｏｆ?ａｃｏｕｓｔｉｃ?ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｗｉｔｈ?（ａ）?ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?ｄｅｎｓｉｔｙ；?（ｂ）?ｎｅｇａｔｉｖｅ??ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?ｍｏｄｕｌｕｓ??緣．??图１．５声学斗篷示意图??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｃｏｕｓｔｉｃ?ｃｌｏａｋｉｎｇ??除了声隐身性能研究，Ｆｏｋ［１１７］在他的综述性文章里还指出了声学超材料目前的另外??两大应用方向：作为高效的减振降噪材料和作为高性能的声学透镜。在减振降噪方面，??香港科技大学的Ｙａｎｇ［ｍ］首次提出了薄膜型声学超材料概念，他将附着重物的弹性张紧??薄膜固定在支撑的格栅结构中
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶舱室周期加筋板隔声性能数值分析[J]. 高处,苏楠,王志超. 船舶. 2017(02)
[2]吸声覆盖层研究进展[J]. 张浩,傅欣艺,尹铫,刘碧龙. 应用声学. 2013(04)
[3]一种含圆柱形谐振散射体的黏弹材料低频吸声机理研究[J]. 杨海滨,李岳,赵宏刚,温激鸿,温熙森. 物理学报. 2013(15)
[4]组合腔型吸声覆盖层的声学特性分析[J]. 陶猛,卓琳凯. 上海交通大学学报. 2013(03)
[5]内嵌不同形状散射子的局域共振型黏弹性覆盖层低频吸声性能研究[J]. 吕林梅,温激鸿,赵宏刚,孟浩,温熙森. 物理学报. 2012(21)
[6]潜艇振动与噪声控制技术的最新研究进展[J]. 孙卫红,晏欣. 噪声与振动控制. 2012(05)
[7]基于各向同性材料的层状椭圆柱形声隐身衣设计[J]. 高东宝,曾新吾. 物理学报. 2012(18)
[8]多重散射方法研究轴对称空腔覆盖层的声学特性[J]. 白国锋,刘碧龙,隋富生,刘克,杨军. 声学学报. 2012(03)
[9]静水压力下吸声覆盖层的声学性能分析[J]. 陶猛,卓琳凯. 上海交通大学学报. 2011(09)
[10]基于有限元法的Alberich型覆盖层吸声特性研究[J]. 商超,魏英杰,张嘉钟,曹伟. 船舶力学. 2011(04)
博士论文
[1]周期性板结构的渐近均匀化方法及微结构优化[D]. 蔡园武.大连理工大学 2014
[2]局域共振型结构的带隙调控与减振降噪特性研究[D]. 肖勇.国防科学技术大学 2012
[3]基于声子晶体理论的梁板类周期结构振动带隙特性研究[D]. 郁殿龙.国防科学技术大学 2006
[4]声子晶体局域共振带隙机理及减振特性研究[D]. 王刚.国防科学技术大学 2005
[5]结构与柔性机构拓扑优化[D]. 贾海朋.大连理工大学 2005
[6]水声吸声覆盖层理论与实验研究[D]. 王曼.哈尔滨工程大学 2004
硕士论文
[1]水下吸声材料数值仿真与优化设计[D]. 杜灵根.哈尔滨工程大学 2010
[2]基于有限元法的水声吸声材料吸声特性研究[D]. 易思.国防科学技术大学 2008
[3]基于均匀化方法的材料参数化优化设计研究[D]. 康健.大连理工大学 2006
本文编号：3509537
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/3509537.html
