复合材料夹层板结构热环境下声振特性研究

发布时间：2018-03-18 02:31

本文选题：夹层板　切入点：热环境　出处：《哈尔滨工业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：夹层板结构具有轻质、高比刚度,良好的隔热、隔声和设计性强等特点,近年来被广泛应用于航空航天、船舶和高速列车等工程领域。高速飞行器在飞行过程中要处于严酷的气动热、宽频噪声和振动等复杂工作环境,严重的气动热所产生的高温环境会降低材料性能,改变结构声振特性,从而严重影响飞行安全。因此对夹层板结构在热环境下的声振特性理论研究对降低舱室噪声、优化结构设计、提高飞行安全性具有重要的意义。本文工作主要针对这一问题寻求一种简单有效的理论模型用于热环境下夹层板的声振特性研究,旨在揭示各参数和因素对夹层板声振特性的影响机制。分别从夹层板的理论模型、模态密度、传声损失及考虑对称运动的振动和声辐射响应方面展开了理论研究。具体研究内容为:提出了一种改进的经典夹层板理论模型,考虑芯层的面内刚度及材料主方向与坐标轴不一致的情况,利用哈密顿变分原理推导了热环境影响下的夹层板振动控制方程。并利用该理论模型得到三个简化模型,使用双三角级数解的形式求解了四边简支夹层板的临界屈曲温度和固有频率,通过与其它理论模型及有限元模型仿真结果的对比来验证本文理论模型的准确性。研究了各模型的精度及适用范围,着重考察了芯层面内刚度对夹层板固有频率及临界屈曲温度的影响,给出了固有频率随温度载荷的变化规律。基于改进的经典夹层板理论模型,利用波数空间积分方法,根据四边简支、四边固支和自由边界的波数空间给出了考虑边界条件影响的夹层板模态密度计算公式。通过与文献中模态密度试验测量结果和计算结果及有限元模型仿真结果对比来验证本文模型的准确性,并对现有夹层板模态密度公式的局限性和计算误差进行了分析。通过数值算例,系统地研究了面板芯层铺设角度、芯层面内刚度、横向剪切刚度、边界条件及温度载荷对夹层板模态密度的影响机理。在计算热环境中模态密度时,重点分析了热应力及材料温变属性对模态密度的影响,研究发现热应力在低频段对模态密度影响较大,而材料温变属性主要影响模态密度中高频段,因此计算热环境中夹层板模态密度时,两者都要考虑。本文提出的模态密度计算公式具有更广泛的适用性。利用提出的夹层板模态密度计算公式,基于统计能量分析方法研究了夹层板的传声损失,建立了夹层板传声损失的统计能量模型,给出了模态密度、内损耗因子及耦合损耗因子的确定方法,根据功率平衡关系导出了夹层板传声损失计算公式,并基于改进的经典夹层板理论利用波阻抗法研究了夹层板的临界频率。通过与文献中试验结果对比验证本文模型的准确性。通过数值算例研究了温度载荷、面密度、面板厚度、横向剪切刚度、内损耗因子及边界条件对传声损失的影响机理。通过夹层板模态密度参数在模型中引入了温度载荷影响,强调了温度载荷对夹层板临界频率及传声损失的影响。考虑夹层板对称变形,针对软芯夹层板热环境下的振动和声辐射特性进行理论建模。同时考虑对称和反对称变形利用哈密顿变分原理推导了热环境下夹层板的振动控制方程,通过自由振动分析得到了夹层板在热环境下的临界屈曲温度、固有频率和振型,利用模态叠加法和瑞利积分分别求得了夹层板受迫振动响应及辐射声场的声压级。分析了芯层泊松比、芯层厚度和温度载荷对夹层板固有频率的影响机理,研究了膨胀模态及温度载荷对夹层板振动和辐射声场声压级的影响。研究发现固有频率随温度升高而降低,低阶弯曲模态和高阶膨胀模态固有频率对温度变化比较敏感;膨胀模态使得振动响应反共振频率向低频移动;随温度载荷升高响应共振峰频率向低频移动,且由于阻尼随温度升高而增大导致响应峰值降低。该理论模型可以为热环境下夹层板的应用提供一定的指导作用。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V214.8;TB33;O327

【参考文献】