多类蜂窝芯夹层板的振动与隔声特性研究

发布时间：2020-06-06 06:11

【摘要】：蜂窝芯夹层板结构在诞生之后,因其在具有高比强度、高比刚度、耐疲劳、优良的隔热和降噪能力的同时,质量与同体积的均质体结构相比较轻。因此深受对重量敏感的航空航天领域科研工作者和技术人员的喜爱,并投入大量精力与资源研究,使其能广泛的应用于各大相关领域。正六边形蜂窝是最常见的蜂窝芯夹层板结构,已有的研究都是以六边形蜂窝居多。本文同时分析了主流的六边形蜂窝,及较少研究的密排圆形蜂窝、疏排圆形蜂窝、三角形蜂窝与方形蜂窝。对蜂窝芯夹层板的等效弹性力学参数,振动控制方程及传声损失及其主要影响参数进行了分析研究和相关讨论。首先,通过使用夹芯板理论并运用等效应变能原理,对研究模型进行一定的假设,再通过利用相关力学知识,给出蜂窝芯夹层板结构简化后的等效模型,并对各类蜂窝芯夹层板结构对应等效模型的弹性力学参数进行逐一理论推导与计算。其次,在得到相关等效参数的基础上,通过使用三明治夹层板理论,建立蜂窝芯夹层板结构在四边简支边界条件下的振动控制方程,并使用Comsol多物理场仿真软件进行建模和模拟仿真,得到其前五阶模态及其对应频率,并将数值解析的计算结果同软件仿真的模拟结果进行对比,以验证本理论模型的正确性与可靠性。最后,结合声学基本原理,运用声波动方程,通过传声理论建立了蜂窝芯夹层板结构隔声量计算的理论模型,并使用Comsol多物理场仿真软件进行建模和模拟仿真,验证本传声理论模型的正确性与可靠性。之后对比了密排圆形、正六边形、三角形、疏排圆形和方形蜂窝芯夹层板结构的隔声性能。得出结论:在通常控制夹层板结构相当密度一致的情况下,密排圆形蜂窝芯夹层板拥有同其他类型蜂窝芯夹层板相比最优的隔声性能;而在控制夹层板结构剪切刚度一定的条件下,六边形蜂窝芯夹层板拥有最优的隔声性能。再详细讨论了蜂窝芯夹层板的芯层高度、面板厚度及芯子壁格厚度对夹层板隔声性能的影响。并得出相关结论,无论是改变蜂窝芯夹层板结构夹芯层的构型还是尺寸参数,本质都是遵循隔声特性曲线由结构质量及刚度控制的原理,并对上述两项参数进行的研究与分析。
【图文】：

图 1-1 自然界中的蜂巢结构与工业中的蜂窝结构蜂窝结构诞生后因其具有比强（刚）度高；耐疲劳性强；具有优良的隔热降能力；同时减振等优异性能，最为关键的是相比普通均质材料质量轻，使其备受究者和工程技术人员的青睐并应用于航空航天领域[1]。蜂窝夹层板结构最早应用航空航天是在 1938 年，由德国制造的四引擎 HavillandAlbatross 飞机以及后来蚊式轰炸机中的圆形机身外壳部分就采用了塑模夹层胶合板[2]。随后的 1940 年

南昌航空大学硕士学位论文 第一章 绪论国又把桃木单片的蜂窝芯粘结在铝蒙皮上，制成“铝木蜂窝夹层结构”。到 20 世纪 50 年代，随着塑料纤维工艺技术的发展，玻璃钢蜂窝结构问世[3]。蜂窝芯的材料非常多样化，蜂窝芯子的形状可以是任何形状。蜂窝夹层结构的两侧面板一般选用力学性能出色的材料，如钛合金、铝合金等，由于蜂窝夹层复合材料各部位的组成选择性较大，因此在实际工程中应用特别广泛[4,5]。当今世界各大国都在加大对蜂窝结构的研究力度与应用范围，如欧洲通信卫星的机体主要材料均为碳纤维、环氧面板蜂窝夹层结构；欧洲空客公司生产的A380 宽体远程客机在也采用了一种名为 NOMEX 的蜂窝材料；美国波音公司生产的波音 787 超远程客机在机身、机翼和尾翼上都大量采用了碳纤维复合材料蜂窝夹层结构如图 1-2 所示；而我国则是在国产直九机大量使用 NOMEX 蜂窝夹层结构，，是国内蜂窝夹层结构用量最大的机种之一[6]。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V214.6

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本文编号：2699273