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多层阻尼复合结构振动及声辐射分析

兰立芳  
【摘要】:粘弹性阻尼技术是结构振动与噪声控制的一种重要手段,被广泛应用于现代工业领域。随着实际工程要求的提高和阻尼减振技术的发展,多层阻尼复合结构逐渐受到重视和应用。由于多层阻尼复合结构的特殊性,传统的有限元模型难以准确描述其力学行为,且目前对于多层阻尼复合结构的声振特性缺少系统性的研究。本文以多层阻尼复合结构为研究对象,利用结构有限元和声学边界元方法对阻尼复合结构的振动及声辐射特性进行分析,主要工作包括: (1)针对多层复合结构沿厚度方向材料不连续、各层变形不一致、各层厚薄不均等特点,基于分层理论,在厚度方向上对层合结构位移进行分层线性插值,从而描述结构每一层的位移模式,并采用Timoshenko厚梁理论及广义协调元方法确定单元各层的位移场,提出了一种新型的层合壳单元构造方法。这种层合壳单元能够准确的描述层合结构的力学特性,有效计算厚、薄铺层并存的层合结构各层材料的变形且具有较高的精度,能更加真实的反映层合结构的变形特点。 (2)基于这种层合壳单元构建方法,建立了多层阻尼复合结构的频域动力学有限元计算模型并进行了验证。采用析因设计方法对单层及双层阻尼复合材料的振动特性进行分析,研究了各阻尼层材料参数对结构振动特性的影响,得到了一些有益于多层阻尼复合结构减振设计的结论,并通过三层阻尼复合结构振动特性分析验证了结论的有效性和普遍性。 (3)在结构动力响应有限元分析的基础上,采用声学边界元法计算阻尼复合结构的声辐射水平。主要通过双层和三层阻尼复合结构声辐射计算,分析讨论了各阻尼层材料弹性模量、密度、阻尼损耗因子以及阻尼层铺设顺序对辐射声功率的影响。 (4)为了能将本文的多层阻尼复合结构计算方法便捷地应用于实际工程问题中,基于面向对象的程序设计方法开发了多层阻尼复合结构动力学计算软件,便于多层阻尼层合结构减振降噪技术在工程实际中的应用。


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