基于谱元法的层合板统计能量分析参数研究

摘要

层合板结构具有强度高、密度小、抗疲劳性好和可设计性强等优良性能，已经广泛应用于飞行器、船舶和汽车等领域。高速飞行器在飞行过程中承受气动热、宽频噪声和强振动等复杂恶劣环境，噪声激励的作用易导致飞行器上的层合板结构产生疲劳破坏，热载荷会导致层合板材料的承载能力下降，进而影响飞行器的可靠性，因此层合板结构的热声振响应是飞行器设计必须关注的问题。结构的宽频声振耦合问题一般分为低、中、高三个频段进行求解，其中高频段一般采用统计能量分析方法(SEA)进行建模，而针对一般层合板的统计能量分析参数获取存在较大困难。针对以上背景，本文建立基于谱元法(SFEM)的层合板统计能量分析参数获取方法，并研究了热效应对层合板的统计能量分析参数的影响。具体内容为:
　　1.建立基于SFEM的波数特性计算方法。
　　采用三节点二次谱单元在层合板厚度方向进行网格划分，由刚度和质量矩阵形成板的波数特征方程;根据模态相似原则，利用皮尔逊相关系数对各阶模态的波数进行分类，从而获得波的频散特性;最后分别研究了均质薄板、三明治板和一般层合板的波数特性，通过与其他理论值或实验值的对比，验证了SFEM分析层合板波数的有效性。SFEM比三明治板理论适用范围更广，比层合板理论的波数计算结果更准确。
　　2.基于SFEM计算层合板的SEA参数与传声损失。
　　基于SFEM计算三明治板的模态密度、辐射阻抗和传声损失，通过与有关文献的结果对比，验证了SFEM计算三明治板SEA参数的准确性。基于SFEM计算了具有粘弹性层层合板的总内损耗因子，通过与文献和VA one软件的结果对比，验证了SFEM计算层合板总内损耗因子的有效性。SFEM具有精确度好、适用范围广和计算量小的特点，对一般层合板的统计能量分析建模十分有效。
　　3.推导了考虑热效应的SFEM计算公式，考察了热效应对三明治板波数和SEA参数的影响。
　　将热应变能引入弹性势能中，推导了热应力对SFEM中单元刚度的修正表达式，建立了考虑热效应的SFEM层合板建模方法，考察了热效应对层合板波数、SEA参数和传声损失的影响。

目录

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摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 本文的研究背景和意义

1．2 三明治夹芯板研究现状

1．3 一般层合板研究现状

1．4 谱元法研究现状

1．5 热环境下层合板的研究现状

1．6 本文主要工作

2．1 引言

2．2 层合板理论

2．2．1 经典层合板理论

2．2．2 一阶剪切变形理论

2．3 谱元法(SFEM)

2．3．1 单元位移场

2．3．2 单元质量矩阵与刚度矩阵

2．3．3 波数求解

2．4 数值模拟

2．4．1 薄板

2．4．2 三明治板

2．4．3 一般层合板

2．5 本章小结

第3章 层合板SEA参数与传声损失特性研究

3．1 引言

3．2 统计能量分析方法基本原理

3．3 层合板SEA参数

3．3．1 模态密度

3．3．2 内损耗因子

3．3．3 耦合损耗因子

3．4 层合板传声损失

3．5 本章小结

4．1 引言

4．2 热效应对结构刚度的影响

4．3 热效应对波数的影响

4．4 热效应对SEA参数的影响

4．4．1 热效应对模态密度的影响

4．4．2 热效应对内损耗因子的影响

4．4．3 热效应对耦合损耗因子的影响

4．5 热效应对传声损失的影响

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 工作总结及创新点

5．2 工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表学术论文与取得的研究成果