复合材料夹芯结构振动和传声特性研究

发布时间：2017-08-19 17:15

  本文关键词：复合材料夹芯结构振动和传声特性研究

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【摘要】：现代复合材料因其刚度大、强度高、质量轻,并且具有抗疲劳、耐高温和可设计等优点,被广泛应用于航天飞机、交通运输工具、建筑物和机械零件的设计制造之中。夹芯结构最早出现于20世纪40年代,二战后得到广泛关注。夹芯结构可以看作一种特殊的复合材料结构,其主要是由两层或多层面板间添加单层或多层层芯来制成的,其质量轻、刚度大以及散热性好等优点,在舰船、汽车和航天飞机的外壳结构中屡屡能看见其身影。在国内,复合材料夹芯结构的发展应用与船舶工业有着密不可分的关系。本文分别基于经典层合板理论及一阶剪切变形理论推导了复合材料层合板的刚度矩阵、振动控制方程和四边简支条件下几种特殊铺设情况下的层合板固有频率解析表达式,并探究了任意铺设角度下,层合板边长比与结构固有频率的关系。基于一阶剪切层合板理论,推导了四边形四节点层合板单元。利用FORTRAN语言编写了四边形四节点有限元程序,并对层合板进行了静力分析和模态分析,分析了不同激励频率下,层合板的动力响应特点。文章最后,文章以含空腔的夹芯结构为研究对象,研究结构参数对其传声特性的影响。首先,假设夹芯结构的上、下面板是相同的,在研究结构的传声特性时不考虑上、下面板差异性的影响。其次,建立了面板为均质板的含空腔夹芯结构的传声理论模型,推导了四边简支条件下,一平面简谐波以(φ,θ)入射夹芯板时,夹芯板的传声系数表达式。最后,运用MATLAB编程实现,并探究了声波俯仰角和面板厚度对夹芯结构传声性能的影响。此外,进一步对面板为层合板的含空腔夹芯结构的传声理论模型进行简化,文中取层合板的铺层方式为特殊正交铺设,且假设夹芯结构的上、下面板的铺层物理和铺层几何均相同,在四边简支条件下传声损失表达式推导过程与均质双板夹芯结构相似,最后用MATLAB编程实现并探究了声波俯仰角、面板厚度及面板分层数对含空腔双层合板夹芯结构传声损失的影响。结果表明,结构对小俯仰角声波隔声能力更好；随着面板板厚增加一倍,结构在低频入射声波下隔声量增加20dB；相同铺层次序和面板厚度的情况下,面板层数增多会提高结构隔声能力。
【关键词】：复合材料 夹芯结构 传声特性 模态分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.44;U668.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景介绍9-17
• 1.1.1 复合材料研究背景介绍10-11
• 1.1.2 夹层结构研究背景介绍11-17
• 1.2 研究思路及主要内容17-19
• 2 层合板基本理论19-41
• 2.1 单层板刚度分析19-22
• 2.2 层合板理论22-29
• 2.2.1 经典层合板理论22-26
• 2.2.2 一阶剪切层合板理论26-29
• 2.3 层合板静力分析29-32
• 2.3.1 层合板弯曲方程的推导29-31
• 2.3.2 层合板静力分析31-32
• 2.4 层合板模态分析32-37
• 2.4.1 层合板振动平衡方程的推导32-35
• 2.4.2 特殊铺设层合板振动方程的推导35
• 2.4.3 特殊正交铺设层合板振动解析解的推导35
• 2.4.4 反对称铺设层合板振动解析解的推导35-37
• 2.5 算例分析37-40
• 2.5.1 特殊铺设层合板振动解析解的研究37-39
• 2.5.2 边长比对层合板固有频率影响研究39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 3 层合板有限元分析41-50
• 3.1 四边形四节点层合板单元推导41-43
• 3.2 有限元平衡方程推导43-45
• 3.3 层合板的自由振动计算45-46
• 3.4 算例分析46-49
• 3.5 本章小结49-50
• 4 层合板强迫振动分析50-55
• 4.1 含阻尼的多自由度强迫振动50-51
• 4.2 阻尼模型51-52
• 4.3 时域分析52-53
• 4.4 算例分析53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 含空腔夹芯结构隔声模型55-71
• 5.1 隔声的基本理论55-57
• 5.1.1 隔声性能评价指标55
• 5.1.2 空气隔声55-56
• 5.1.3 匀质单层墙隔声规律56-57
• 5.1.4 层墙隔声规律57
• 5.2 含空腔双板夹芯结构隔声理论57-63
• 5.2.1 理论模型的建立57-61
• 5.2.2 结果收敛性验证61-62
• 5.2.3 算例分析62-63
• 5.3 层合板空腔结构63-70
• 5.3.1 理论模型的建立63-67
• 5.3.2 结果收敛性验证67-68
• 5.3.3 算例分析68-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况75-76
• 致谢76-77

【参考文献】

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本文编号：701946