Vibration and sound transmission loss characteristics of porous foam functionally graded sandwich panels in thermal environment

This study investigates the vibration and acoustic properties of porous foam functionally graded(FG)plates under the influence of the temperature field.The dynamics equations of the system are established based on Hamilton's principle by using the higher-order shear deformation theory under the linear displacement-strain assumption.The displacement shape function is assumed according to the four-sided simply-supported(SSSS)boundary condition,and the characteristic equations of the system are derived by combining the motion control equations.The theoretical model of vibro-acoustic coupling is established by using the acoustic theory and fluid-structure coupling solution method under the simple harmonic acoustic wave.The system's natural frequency and sound transmission loss(STL)are obtained through programming calculations and compared with the literature and COMSOL simulation to verify the validity and reliability of the theoretical model.The effects of various factors,such as temperature,porosity coefficients,gradient index,core thickness,width-to-thickness ratio on the vibration,and STL characteristics of the system,are discussed.The results provide a theoretical basis for the application of porous foam FG plates in engineering to optimize vibration and sound transmission properties.

弹性支撑功能梯度微圆柱壳模态频率的研究

在建立弹性支撑功能梯度薄壁微圆柱壳模型的基础上,基于修正的偶应力理论和一阶剪切变形理论,推导了微圆柱壳的模态频率方程,讨论了弹性支撑、尺寸效应、温度梯度、材料组分指数、孔隙以及几何尺寸等参数对微圆柱壳模态频率的影响。结果表明:微尺度下,弹性刚度系数在0~105N/m^(3)范围内对微圆柱壳的模态频率基本无影响,剪切刚度系数在0~5×10^(4)N/m范围内对模态频率的影响较大,且增大剪切刚度系数有益于提高微圆柱壳的模态频率;由修正的偶应力理论得到的模态频率大于由经典连续体理论得到的模态频率;在弹性支撑和尺寸效应有无考虑的4种组合下,模态频率随温度梯度和微圆柱壳长度的增大而减小,随陶瓷体积分数指数的增大而增大,随孔隙体积分数和微圆柱壳厚度的变化规律不同;温度梯度对考虑尺寸效应或弹性基础的微圆柱壳模态频率影响较大,而孔隙调节具弹性支撑微圆柱壳的模态频率尤其显著。

基于振动测量的热防护结构脱粘损伤检测方法

针对典型飞行器热防护结构脱粘损伤现场快速无损检测的需求,提出了一种基于敲击测量频响函数的脱粘损伤识别方法。首先,利用有限元方法建立了含脱粘损伤的热防护结构有限元模型并进行了振动特性分析,分析了脱粘损伤引起的结构局部刚度下降规律以及频响函数对脱粘损伤的敏感性;其次,确定了脱粘损伤识别的特征频率范围,给出了一个脱粘损伤指标;最后,采用力锤与激光多普勒测振仪对含脱粘的热防护结构进行了测量。实验结果表明,当脱粘面积达到60%时,脱粘损伤指标比健康件增加了1倍以上,当脱粘面积达到80%时,脱粘损伤指标为健康件的5倍以上,验证了所提出的方法能够有效识别出热防护结构的脱粘损伤。

基于动力学环境试验数据的模态参数识别

在被测系统做动力学环境试验的同时,将振动台台面和被测系统组成的新系统作为分析对象,以振动台给定的力谱(或加速度谱)作为激励,对被测系统进行模态参数的识别。基于结构的振动台环境试验数据,通过被测系统频域中的测点加速度测量值与台面加速度测量值之间的传递率函数,导出了一个被测系统的“广义频率响应函数”,并且通过对边界条件的进一步简化和假设,最终得到了系统的模态参数。仿真算例验证了本方法的有效性。

实际海浪环境下大尺度模型试验研究

舰船环境适应性研究引起世界各海洋强国的高度重视,研究采用实际海浪环境下的大尺度模型试验方法通过近海岸海区实际海浪环境下大尺度模型运动物理仿真试验研究,分析了近岸波浪特征,并基于NARMAX(带外生变量的非线性自回归滑动平均模型)模型应用谐波探测法求解船模非线性系统频率响应函数通过与水池小尺度模型试验结果比较,表明该试验方法可行,为舰船环境适应性研究提供了一种有效的试验手段.

基于传递特性的航天器在轨冲击环境预示方法研究

实际飞行实验中,经常需要较为精确地确定高频激励作用下航天器某结构部位的冲击响应,统计类预示方法速度快但误差较大;数值类预示方法较为精确,但计算规模大、耗时长,且很难考虑冲击源和结构传递等偏差的影响.文章参考振动传递函数的定义和性质,建立了基于结构传递特性、用已知结构点的冲击环境预示相关结构冲击环境及其分布的方法;利用某火工分离试验冲击测量结果,验证了该方法可快速、准确预示指定部位的冲击环境.

热环境下功能梯度圆柱壳振动特性分析

应用谱几何法研究了热环境下功能梯度圆柱壳自由振动和瞬态振动特性。采用边界弹簧技术模拟圆柱壳结构的任意经典或者弹性边界约束条件,并结合一阶剪切变形理论建立了考虑温度场作用的功能梯度圆柱壳结构能量泛函。采用谱几何法与周向傅里叶谐波函数乘积和的形式描述圆柱壳的位移容许函数,以克服不同边界条件下壳体位移函数微分在边界上存在的不连续问题。在此基础上,将位移容许函数代入至结构能量泛函,并采用Ritz法获得结构振动分析模型。数值分析结果表明,所构建分析模型能够快速准确预测功能梯度圆柱壳结构的振动特性。研究了幂律指数、温度、载荷等参数对功能梯度圆柱壳振动特性的影响规律,为其他数值分析方法研究提供参考。

热环境影响下形状记忆合金悬臂梁动力学特性

为了探索热环境对Ni-Ti-Cu形状记忆合金悬臂梁动力学特性的影响,在不同温度下对悬臂梁试件进行正弦扫频振动试验,对不同温度下系统的频率响应函数、固有频率、模态阻尼比均进行对比分析。分析表明该形状记忆合金悬臂梁结构在不同温度环境下,频率响应函数波峰所在频率、各阶固有频率均发生明显、规律的变化,模态阻尼比在同阶固有频率下的变化也很明显。证明热环境对形状记忆合金悬臂梁的诸如频率响应函数、固有频率、模态阻尼比等动力学特性影响显著。

热环境对功能梯度薄壁圆柱壳模态频率的影响

以热环境对金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳模态频率的影响为研究对象,首先在描述功能梯度薄壁圆柱壳模型和四种典型的热环境模型的基础上,通过Love薄壳理论得到了薄壁圆柱壳的应变能和动能,运用Rayleigh-Ritz法推导圆柱壳的模态频率方程。然后分别以镍金属圆柱壳和镍钢功能梯度材料圆柱壳为对象,验证模态频率方程的合理性。最后分析不同温度场对金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳环向振动和轴向振动模态频率的影响。结果表明:随着温度的升高,金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳的模态频率逐渐下降,均匀温度场下模态频率下降速率最快,其次是线性温度场和非线性温度场,热流温度场对模态频率的影响几乎可以忽略;热环境只影响模态频率的大小,不影响模态频率随波数的变化趋势。

常用墙体和屋面动态热特性数据表的开发研究

介绍了我国常用墙体和屋面动态热特性参数(反应系数、周期反应系数、Z传递函数系数)数据表的开发研究。将一种新的简单准确而易于编程实现的计算方法———频域回归方法,用来开发这些常用的动态热特性参数,同时描述了所编制数据表的组成和结构。本研究为我国采暖空调工程界的动态负荷计算及建筑全年能耗动态分析与评价提供了基础数据。

金属陶瓷功能梯度板的模态频率分析

金属陶瓷功能梯度材料因其良好的耐热特性和高强度性能,在飞行器壁板的热防护系统设计中具有潜在的应用价值。以功能梯度板为对象,研究陶瓷体积分数指数、板的几何尺寸和热环境等参数对功能梯度板模态频率的影响。首先,采用幂律分布函数材料模型,讨论热环境对功能梯度材料物理特性的影响;在此基础上,利用温度在有限元中随空间位置连续变化的特点,建立依赖温度场变化的功能梯度材料板线性分层有限元模型,并验证该模型在动力学分析中的有效性;最后,分析陶瓷体积分数指数、功能梯度板的长宽比、温度梯度等变量对功能梯度板模态频率的影响。结果表明:高阶模态频率受均匀温度场的影响最大,而第一阶模态频率受线性和非线性温度场的影响更大;线性和非线性温度场下,陶瓷体积分数指数对模态频率下降率的影响最为敏感;均匀温度场下模态频率下降率主要受体积分数指数和温度梯度耦合作用的影响。

条带式太阳帆航天器的热致结构动力学响应

本文研究条带式太阳帆在近地轨道运行进出地球阴影时的热致结构动力学响应,建立了在太阳热辐射和光压共同作用下的太阳帆结构动力学方程,采用分布传递函数法,给出了条带式太阳帆热致结构稳态振动幅频响应的计算方法。算例结果表明:热辐射冲击是引起近地轨道太阳帆结构动力学响应的主要原因,光压引起的结构响应可忽略不计;增加桅杆壁厚不能有效抑制太阳帆的热致结构动态响应;增大阻尼,减小结构的热膨胀系数能够明显减小太阳帆热致结构响应的振幅;热致结构动态响应是设计大尺寸近地轨道太阳帆必须解决的问题。本文提出的方法可为太阳帆结构设计、姿态和轨道控制提供有力的分析工具。

苏州市城市公园常见植物叶功能性状对热环境的响应机制研究

以叶经济谱理论为切入点,选取6种城市公园常见植物,研究其叶功能性状对热环境梯度的响应机制,以期为植物配置提供定量分析。结合地表温度反演图和环境实测数据,将苏州市区划分为高温区(Hightemperature region,HTR)、中温区(Middle-temperature region,MTR)和低温区(Low-temperature region,CTR)3种不同梯度,并在不同梯度区内公园中选取6种常见树种为研究对象,包括木樨(Osmanthus fragrans)、樟(Camphora officinarum)、石楠(Photinia serratifolia)、银杏(Ginkgo biloba)、鸡爪槭(Acer palmatum)和山樱桃(Prunus serrulata),测定其叶功能性状指标,利用统计学方法,分析性状指标对不同热环境梯度响应机制。结果表明,(1)高温区公园植物高叶干物质含量(LDMC)、低比叶面积(SLA)、低叶绿素值(SPAD)、低光合速率(Pn)、单位质量叶氮含量(Nmass)降低,有更高的气孔密度、较低气孔面积和气孔开度;(2)不同热环境梯度植物叶功能性状间存在一致相关性,叶干物质含量与比叶面积呈负相关性,与气孔密度(SD)和气孔面积(SS)呈显著正相关,比叶面积与单位质量叶氮含量呈显著正相关,气孔导度(Gs)与光合速率、蒸腾速率(Tr)呈正相关;(3)冗余分析表明,气孔密度、气孔导度、光合速率与地表温度呈正相关;比叶面积、叶干物质含量、叶鲜重、气孔开度(SA)、气孔面积、单位质量叶氮、叶碳(Cmass)含量、光合速率与土壤含水量呈正相关;(4)模糊隶属函数分析可知,樟和木樨在热胁迫环境中适应力良好,鸡爪槭、山樱桃、银杏表现较弱。

磁电弹性复合材料热接触特性研究

磁电弹性(Magneto-electro-elastic,MEE)复合材料在接触热载荷作用下将产生复杂热应力、热电和热磁多物理场响应.基于半解析法建立MEE复合材料热接触模型,其中,推导了单位集中法向力、切向力、电荷、磁荷和温升载荷下各物理量的频率响应函数,引入热流-温升影响系数计算摩擦热产生的温升,并采用离散卷积快速傅里叶变换和共轭梯度法加速其计算过程.将模型计算结果与有限元仿真进行对比,验证模型有效性.进一步利用所提模型分析热接触过程中摩擦热对各物理场的影响规律,结果表明:滑动速度、摩擦系数和表面形貌改变将影响摩擦热分布,进而显著影响应力、电势和磁势的大小和分布;弹性场和电场与摩擦温升呈负相关,而磁场与其为正相关,并且耦合场对温升的敏感程度由高至低为弹性场、电场和磁场.

频域子结构方法再推导及环境预示应用研究

目的 利用频域子结构方法实现复杂结构系统随机振动环境的高效准确预示。方法 基于Sherman-Morrison-Woodbury公式,对考虑弹性连接的频域子结构方法进行重新推导,解决现有方法应用场景受弹性连接系统位移阻抗矩阵奇异性限制的问题。进一步,通过推导复杂结构系统的位移频响函数与加速度传递函数之间的转换关系,形成基于频域子结构方法的随机振动环境预示方法。结果 设计了“模拟实验室随机振动试验”的仿真算例,并分别利用有限元软件和文中方法对仿真算例的随机振动环境进行了仿真预示和计算预示,2种方法的预示结果一致。结论 提出了一种基于频域子结构方法的随机振动环境预示方法,为复杂结构系统的环境预示提供了一种新思路。