船体结构粘弹性夹层阻抑振动波传递特性研究

基于波动理论分析了含粘弹性材料夹层的船体板架中振动波传递特性,给出粘弹性夹层对弯曲波的隔声量公式.同时将粘弹性夹层引入转角含阻振质量的典型船舶L型结构中,通过多次构造阻抗失配有效地阻断船体振动噪声主分量的传递.在此基础上,将这种复合隔振技术引入到动力舱段声学设计中并开展相应的数值实验.结果表明:粘弹性夹层对船体结构波具有较强的阻抑作用,夹层隔振性能随其杨氏模量降低及尺度增加而增大,夹层杨氏模量对隔声量的影响较其尺度更为显著,在刚性隔振基础上联合应用较小尺度的聚氨酯夹层可显著增加隔振效果并有效拓宽了隔振频带,具有较高的效费比.

轴向运动粘弹性夹层梁的横向振动

研究了小扰度下轴向匀速运动粘弹性夹层梁的振动模态和固有频率.基于Kelvin粘弹性本构方程,建立了轴向运动粘弹性夹层梁横向振动控制方程.分别采用Galerkin截断和复模态分析方法,研究两端简支的粘弹性夹层梁的固有频率和模态函数,讨论了轴向运动速度、夹心层与约束层厚度比、初始轴力等参数对夹层梁固有频率、临界速度及稳定性的影响.

旋转粘弹性夹层梁非线性自由振动特性研究

对旋转粘弹性夹层梁的非线性自由振动特性进行了分析.基于Kelvin-Voigt粘弹性本构关系和大挠度理论,建立了旋转粘弹性夹层梁的非线性自由振动方程,并使用Galerkin法将偏微分形式振动方程化为常微分振动方程.采用多重尺度法对非线性常微分振动方程进行求解,通过小参数同次幂系数相等获得微分方程组,并通过求解方程组及消除久期项来获得旋转粘弹性夹层梁非线性自由振动的一次近似解.用数值方法讨论了粘弹性夹层厚度、转速和轮毂半径对梁固有频率的影响.结果表明:固有频率随转速增大而增大,随夹层厚度增大而减小,随轮毂半径的增大而增大.

超音速下粘弹性夹层壁板颤振分析

对超音速来流中的四边简支粘弹性夹层壁板颤振问题进行了研究。基于Kelvin-Voigt粘弹性本构模型、小变形理论和一阶气动力活塞理论建立了三维粘弹性夹层壁板的气动弹性颤振方程。使用Galerkin方法将粘弹性夹层壁板气动力方程简化,并使用数值方法进行求解。讨论了粘弹性阻尼、来流动压和夹心层厚度对颤振特性的影响。研究表明:(1)随着来流动压的增大,系统一阶频率增大,二阶频率减少,一阶频率和二阶频率相等后,系统阻尼变为两个分支,系统某一分支阻尼为零时,系统发生颤振,此时来流动压为颤振临界动压。(2)随着粘弹性阻尼系数的增大,系统的频率有所减小,但影响远不及夹心层占总厚度比值的影响大。(3)随着夹心层厚度的增大,系统的临界颤振动压减小。

轴向运动粘弹性夹层板动态分叉与混沌行为

基于轴向运动粘弹性夹层板横向振动非线性动力学模型,采用二阶Galerkin截断将非线性动力学模型转化为非线性微分方程,最后利用相图、庞加莱映射、功率谱图和分叉图等方法研究了粘弹性夹层板随轴向运动速度变化出现的周期运动、拟周期运动和混沌现象。

粘弹性夹层圆板自由振动的理论解

研究了粘弹性夹层圆板的自由振动特性.基于经典弹性薄板理论和Kelvin-Voigt粘弹性本构方程,建立了粘弹性夹层圆板振动控制方程.采用分离变量法导出了粘弹性夹层圆板的自然频率及振型解析表达式,计算了固支和简支粘弹性夹层圆板的自然频率,并与有限元计算结果进行比较;讨论了粘弹性夹层圆板的夹心层比率对自然频率及衰减系数的影响.研究表明:(1)随着夹心层厚度的增大,系统频率先增大后减小,高阶时该趋势表现更为明显;(2)随着夹心层厚度的增大,衰减系数一直增大,高阶时该趋势表现更为明显.

粘弹性夹层圆板在基础激励下的动态响应

研究了粘弹性夹层圆板在基础激励下的动态响应问题。基于经典弹性薄板理论和Kelvin-Voigt粘弹性本构方程,建立了基础激励下粘弹性夹层圆板的控制方程。应用模态叠加法计算了固支粘弹性夹层圆板在基础激励下的动挠度,分析了基础激励频率和夹层圆板夹心层厚度参数对系统响应的影响。结果表明:粘弹性夹层圆板挠度的最大值都在板中心,距中心越远,挠度越小;粘弹性夹层圆板的一阶固有频率随着夹心层厚度的增大呈衰减趋势。

双层壳舷间复合阻波托板结构声学设计

为降低双层壳动力舱辐射噪声,对双层壳舷间托板进行阻波设计。基于Poisson-Kirchhoff薄板假设,采用波动理论分析含粘弹性夹层阻振质量板复合阻波特性;将复合阻波技术引入到双层壳托板结构声学设计中,提出了一种高传递损失的复合阻波托板结构。利用有限元、边界元法数值分析新型托板结构连接形式下的减振降噪性能,讨论设计参数变化对双层壳声辐射性能的影响。结果表明:含粘弹性夹层的阻振质量板对振动波具有较强的阻抑作用,采用复合阻波托板能显著降低外壳振动均方速度和辐射声功率,是一种较好的减振降噪方法。

组合波阻技术的波动力响应矩阵分析法及其特性研究

基于有限元思想,综合运用波分析法和阻抗法,提出了波阻元件阻抑结构声传递的波动力响应矩阵分析法。将结构离散为多个波导单元和波阻单元,根据连接节点的位移连续,力与力矩平衡,建立附加波阻元件的结构连接广义波动力响应平衡方程,推导出波单元波动力响应特征矩阵及波阻元件附加波动响应特征矩阵,并代入波动力响应平衡方程求解得到波单元的振动幅值,从而求得传递效率与损失。运用该方法对阻振质量,粘弹性夹层以及动力吸振器的波阻特性进行了数值分析。最后,重点分析了组合波阻技术的波阻特性。研究表明,根据不同类型波阻元件的波阻特性,进行科学的组合与优化布置,并选择合理的设计参数,能显著提高组合波阻元件的阻抑效果。以上研究为组合波阻元件的声学设计提供了分析方法及新的控制策略,在舰船等结构减振降噪中具有重要的理论意义与工程应用价值。

The interfacial fracture behavior of foam core composite sandwich structures by a viscoelastic cohesive model

A sandwich beam model consisting of two face sheets and a foam core bonded by a viscoelastic adhesive layer is considered in order to investigate interfacial fracture behavior. Firstly, a cohesive zone model in conjunction with a Maxwell element in parallel, or with a Kelvin element in series, respectively, is employed to describe the characteristics of viscoelasticity for the adhesive layer. The models can be implemented into the implicit finite element code. Next, the parametric study shows that the in- fluences of loading rates on the cohesive zone energy and strength are quite different for different models. Finally, a sandwich double cantilever beam model is adopted to simulate the interface crack growth between the face sheet and core. Numerical examples are presented for various loading rates to demonstrate the efficacy of the rate-dependent cohesive models.