阻尼结构的振动模态和声辐射响应特性
发布时间：2021-12-30 17:24
在船舶与海洋工程领域,随着人们对船舰结构的安全性、先进性及生活的舒适性等要求的逐步提高,船舰的振动及噪声控制受到了研究人员的持续关注,其在工程实践和理论研究中具有十分重要的意义。而被动控制所敷设的阻尼材料应该具备阻尼性能好,减振频带宽,适用性强等诸多优点才能被广泛应用于大型船舶、舰艇、鱼雷等军用和民用工业的减振降噪措施中,因此研究分析影响阻尼材料减振降噪方面作用效果的因素就显得尤为重要。其中对于阻尼材料而言,材料的损耗因子是其耗散振动噪声能量的主要因素,其次不同的工作环境也会对阻尼材料的减振效果带来影响。所以本文主要就研究了敷设不同阻尼比的阻尼材料结构在不同工作环境中的结构振动模态以及声辐射响应特性,借助于有限元结构仿真模拟和声学边界元数值分析法联合计算实现对这一问题的理论求解分析,通过分析各个有限元结构模型的振动模态图与声功率级线谱图分析出阻尼层的阻尼比在数值上的差异对结构振动特性以及响应特性方面的抑制作用,在不同工作环境下对振动特性以及声辐射特性的影响效果,具有一定的工程实际应用价值和理论研究意义。首先讲解了振动噪声对于生产生活的危害性及人们应对措施措施,梳理了有关结构的模态分析理...
【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】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自由阻尼层结构
问?囊览狄?及对结构真实工作环境的过度简化，这正是发展圆柱壳体振动特性及声辐射传播理论亟待解决的问题之一。1.3阻尼材料层和阻尼模型概述1.3.1阻尼材料层的研究概述在工程实践中常见的减振降噪方法主要有以下三种：控制振源振动，阻隔振动的传播，控制目标结构的受迫振动幅度。经过长期的实践应用，阻尼损耗因子的增加可以在这三个层面上均可起到减振效果。而对于有限长薄壁圆柱壳结构的减振措施最为简单实用的方法就是在其表面敷设阻尼材料层——自由阻尼层壳体结构；添加阻尼夹层；约束阻尼层壳体结构。如图1.1和图1.2所示就是这两种不同阻尼层的敷设示意图。图1.1自由阻尼层结构图1.2约束阻尼层结构目前而言船舰结构物的减振降噪的常用方法有隔振法和阻尼层敷设法，前者通过减振设备来主动降低振动的传递，主要应用于工程机械零件；后者则是通过敷设阻尼材料层来控制消耗振动能量，以此降低共振幅度和减少结构噪声，主要应用于薄壁的壳类板材。通过敷设诸如约束层阻尼、自由阻尼层，或者内置弹性夹层材料等阻尼材料处理方式，振动的能量耗散将会得提高从而有效地改善壳体的声振特性。其中非均匀阻尼材料可以在较大的工作频率范围内起到良好的减振降噪作用，尤其适用于板梁结构、柱形结构的前期优化设计，因此被广泛地使用于舰船领域、汽车领域、航空航天领域等薄壳结构的减振降噪的工程应用中。在船舰正常航行的过程中，艇体会受到主机等机械设备的激励从而形成许多高幅值的共振峰，然而改变结构原本的设计，即采用不同的密度或者刚度的材料来避开高幅值的共振峰是十分困难的，这是因为改变舰艇的板材厚度和肋板尺寸还需要考量结构的设计强度和整个结构的稳定性，所以采用在壳体表面上敷设阻尼自由阻尼基体基体阻尼层约束层基?
大连理工大学硕士学位论文-11-2复合结构的阻尼简化模型2.1常用的阻尼研究模型2.1.1传统流变学模型阻尼材料可分为线性、非线性两个类别。若材料的力学特性表现为理想粘性与线弹性的组合模式，那么就称为线性阻尼材料[50]。若材料的力学特性表现为非线性弹性、非理想流体变形，那么就称做非线性阻尼材料。在研究材料的阻尼性质的时候常常会基于以下四个基本假设：（1）连续性；（2）均匀性；（3）各向同性；（4）假设不对结构施加初始应力或初始形变。从线性阻尼材料出发，我们可以采用标准弹簧来模拟阻尼材料中的弹性部分，使用装有牛顿流体的黏壶来模拟阻尼材料中粘性的部分，通过弹簧和水壶的不同组合来近似模拟不同的阻尼材料，其中最为主要的模型有以下五种类型：（1）Kelvin模型图2.4kelvin模型示意图Kelvin模型是由弹性零件部分与粘性零件部分并联而成的，其中1和2分别为两零件所受的应力。如图2.4所示。该模型的结构受力方程组（2.1）如下：1212（2.1）其中为应变。通过整理上述方程组可得Kelvin模型的本构微分方程如下：（2.2）（2）Maxwell模型图2.5Maxwell模型示意图Maxwell模型是由弹性零件部分与粘性零件部分串联而成。在某一应力的作用下，粘性零件部分与弹性零件部分的应变分别是1和2。该模型的结构受力方程组（2.3）如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下纵肋加强圆柱壳低频振动与声辐射[J]. 张超,商德江,李琪. 船舶力学. 2018(01)
[2]柱壳和锥壳结构自由振动特征的数值计算与校验[J]. 杨琼方,马伟明,许金,刘彦森,王永生,张明敏. 声学学报. 2017(03)
[3]结构振动和声辐射的可控性和可观性指标[J]. 黎胜,于丹竹. 声学学报. 2016(06)
[4]阻尼层对水下圆柱壳辐射声场的去耦特性影响[J]. 张超,商德江,李琪. 噪声与振动控制. 2014(02)
[5]粘弹性材料阻尼原理及高频阻尼吸声材料制备方法[J]. 农国明. 橡塑资源利用. 2013(05)
[6]双层圆柱壳的抗冲击特性研究[J]. 唐永刚. 船舶力学. 2010(11)
[7]水下加肋弹性壳体振动声辐射数值计算分析[J]. 郝承智,王敏庆,胡卫强. 弹箭与制导学报. 2005(SD)
[8]阻尼材料敷设方式对双层壳体声辐射性能的影响[J]. 陈美霞,骆东平,周锋,王祖华. 声学学报. 2005(04)
[9]敷设阻尼材料的双层圆柱壳声辐射性能分析[J]. 陈美霞,骆东平,彭旭,罗斌. 声学学报. 2003(06)
[10]环境噪声测试方法及测试数据[J]. 邓维波,刘兴钊,于长军. 哈尔滨工业大学学报. 2001(03)
博士论文
[1]敷设阻尼层的加肋圆柱壳辐射性能及噪声特性分析[D]. 田宝晶.哈尔滨工程大学 2006
[2]水中阻尼复合壳体结构声振特性的数值分析[D]. 邹元杰.大连理工大学 2004
硕士论文
[1]结构声辐射的倏逝波滤波技术及应用研究[D]. 刘程鹏.大连理工大学 2018
[2]厚圆柱壳的振动分析及阻尼减振效果的研究与应用[D]. 潘君.哈尔滨工业大学 2014
[3]加筋圆柱壳体及其支撑结构的声振特性研究[D]. 申华.江苏科技大学 2013
[4]潜深对圆柱壳振动声辐射的影响及相似性研究[D]. 刘佩.大连理工大学 2013
[5]复合平板结构水下振动与声辐射特性研究[D]. 龚强.哈尔滨工程大学 2012
[6]重型移动式高空作业车柔性臂架系统动力学分析[D]. 都亮.哈尔滨工业大学 2010
[7]粘弹性阻尼双塔连体高层钢结构抗震性能分析[D]. 王秀华.河北工程大学 2010
[8]粘弹性阻尼结构减振降噪分析及优化研究[D]. 谭峰.上海交通大学 2010
[9]加肋圆柱壳振动声辐射有限元分析[D]. 郝兆祥.大连理工大学 2009
[10]加肋圆柱壳振动声辐射特性的数值计算研究[D]. 李小明.大连理工大学 2008
本文编号：3558657
【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】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自由阻尼层结构
问?囊览狄?及对结构真实工作环境的过度简化，这正是发展圆柱壳体振动特性及声辐射传播理论亟待解决的问题之一。1.3阻尼材料层和阻尼模型概述1.3.1阻尼材料层的研究概述在工程实践中常见的减振降噪方法主要有以下三种：控制振源振动，阻隔振动的传播，控制目标结构的受迫振动幅度。经过长期的实践应用，阻尼损耗因子的增加可以在这三个层面上均可起到减振效果。而对于有限长薄壁圆柱壳结构的减振措施最为简单实用的方法就是在其表面敷设阻尼材料层——自由阻尼层壳体结构；添加阻尼夹层；约束阻尼层壳体结构。如图1.1和图1.2所示就是这两种不同阻尼层的敷设示意图。图1.1自由阻尼层结构图1.2约束阻尼层结构目前而言船舰结构物的减振降噪的常用方法有隔振法和阻尼层敷设法，前者通过减振设备来主动降低振动的传递，主要应用于工程机械零件；后者则是通过敷设阻尼材料层来控制消耗振动能量，以此降低共振幅度和减少结构噪声，主要应用于薄壁的壳类板材。通过敷设诸如约束层阻尼、自由阻尼层，或者内置弹性夹层材料等阻尼材料处理方式，振动的能量耗散将会得提高从而有效地改善壳体的声振特性。其中非均匀阻尼材料可以在较大的工作频率范围内起到良好的减振降噪作用，尤其适用于板梁结构、柱形结构的前期优化设计，因此被广泛地使用于舰船领域、汽车领域、航空航天领域等薄壳结构的减振降噪的工程应用中。在船舰正常航行的过程中，艇体会受到主机等机械设备的激励从而形成许多高幅值的共振峰，然而改变结构原本的设计，即采用不同的密度或者刚度的材料来避开高幅值的共振峰是十分困难的，这是因为改变舰艇的板材厚度和肋板尺寸还需要考量结构的设计强度和整个结构的稳定性，所以采用在壳体表面上敷设阻尼自由阻尼基体基体阻尼层约束层基?
大连理工大学硕士学位论文-11-2复合结构的阻尼简化模型2.1常用的阻尼研究模型2.1.1传统流变学模型阻尼材料可分为线性、非线性两个类别。若材料的力学特性表现为理想粘性与线弹性的组合模式，那么就称为线性阻尼材料[50]。若材料的力学特性表现为非线性弹性、非理想流体变形，那么就称做非线性阻尼材料。在研究材料的阻尼性质的时候常常会基于以下四个基本假设：（1）连续性；（2）均匀性；（3）各向同性；（4）假设不对结构施加初始应力或初始形变。从线性阻尼材料出发，我们可以采用标准弹簧来模拟阻尼材料中的弹性部分，使用装有牛顿流体的黏壶来模拟阻尼材料中粘性的部分，通过弹簧和水壶的不同组合来近似模拟不同的阻尼材料，其中最为主要的模型有以下五种类型：（1）Kelvin模型图2.4kelvin模型示意图Kelvin模型是由弹性零件部分与粘性零件部分并联而成的，其中1和2分别为两零件所受的应力。如图2.4所示。该模型的结构受力方程组（2.1）如下：1212（2.1）其中为应变。通过整理上述方程组可得Kelvin模型的本构微分方程如下：（2.2）（2）Maxwell模型图2.5Maxwell模型示意图Maxwell模型是由弹性零件部分与粘性零件部分串联而成。在某一应力的作用下，粘性零件部分与弹性零件部分的应变分别是1和2。该模型的结构受力方程组（2.3）如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下纵肋加强圆柱壳低频振动与声辐射[J]. 张超,商德江,李琪. 船舶力学. 2018(01)
[2]柱壳和锥壳结构自由振动特征的数值计算与校验[J]. 杨琼方,马伟明,许金,刘彦森,王永生,张明敏. 声学学报. 2017(03)
[3]结构振动和声辐射的可控性和可观性指标[J]. 黎胜,于丹竹. 声学学报. 2016(06)
[4]阻尼层对水下圆柱壳辐射声场的去耦特性影响[J]. 张超,商德江,李琪. 噪声与振动控制. 2014(02)
[5]粘弹性材料阻尼原理及高频阻尼吸声材料制备方法[J]. 农国明. 橡塑资源利用. 2013(05)
[6]双层圆柱壳的抗冲击特性研究[J]. 唐永刚. 船舶力学. 2010(11)
[7]水下加肋弹性壳体振动声辐射数值计算分析[J]. 郝承智,王敏庆,胡卫强. 弹箭与制导学报. 2005(SD)
[8]阻尼材料敷设方式对双层壳体声辐射性能的影响[J]. 陈美霞,骆东平,周锋,王祖华. 声学学报. 2005(04)
[9]敷设阻尼材料的双层圆柱壳声辐射性能分析[J]. 陈美霞,骆东平,彭旭,罗斌. 声学学报. 2003(06)
[10]环境噪声测试方法及测试数据[J]. 邓维波,刘兴钊,于长军. 哈尔滨工业大学学报. 2001(03)
博士论文
[1]敷设阻尼层的加肋圆柱壳辐射性能及噪声特性分析[D]. 田宝晶.哈尔滨工程大学 2006
[2]水中阻尼复合壳体结构声振特性的数值分析[D]. 邹元杰.大连理工大学 2004
硕士论文
[1]结构声辐射的倏逝波滤波技术及应用研究[D]. 刘程鹏.大连理工大学 2018
[2]厚圆柱壳的振动分析及阻尼减振效果的研究与应用[D]. 潘君.哈尔滨工业大学 2014
[3]加筋圆柱壳体及其支撑结构的声振特性研究[D]. 申华.江苏科技大学 2013
[4]潜深对圆柱壳振动声辐射的影响及相似性研究[D]. 刘佩.大连理工大学 2013
[5]复合平板结构水下振动与声辐射特性研究[D]. 龚强.哈尔滨工程大学 2012
[6]重型移动式高空作业车柔性臂架系统动力学分析[D]. 都亮.哈尔滨工业大学 2010
[7]粘弹性阻尼双塔连体高层钢结构抗震性能分析[D]. 王秀华.河北工程大学 2010
[8]粘弹性阻尼结构减振降噪分析及优化研究[D]. 谭峰.上海交通大学 2010
[9]加肋圆柱壳振动声辐射有限元分析[D]. 郝兆祥.大连理工大学 2009
[10]加肋圆柱壳振动声辐射特性的数值计算研究[D]. 李小明.大连理工大学 2008
本文编号：3558657
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