【摘要】：薄板結構作為當今工業(yè)生產(chǎn)中一種常用的結構形式,因其本身所具有的輕質(zhì)、結構簡單、散熱優(yōu)良等特點,被廣泛應用到各種領域和產(chǎn)品中,小到各種機械零部件外殼,大到飛機、潛艇、艦船的機身都大量使用了此類結構。然而,由于薄板類結構阻尼小、剛度較低易變形、輻射面大、輻射效率又高,很容易成為振動和聲輻射源,進而成為結構和產(chǎn)品穩(wěn)定性與安全性的不利影響因素。本文從結構的剛度特性研究出發(fā),系統(tǒng)的研究了矩形板、加筋板和阻尼加筋板的剛度特性、振動響應特性和聲輻射特性,總結出基于加筋和加阻尼材料相結合的板殼類結構的減振降噪結構拓撲設計與優(yōu)化方案,并通過了實驗驗證。最后將減振降噪優(yōu)化方案應用到風機殼體減振降噪設計中去,并取得了理想的效果。本文主要工作和研究成果如下:結構剛度特性研究:從矩形薄板出發(fā),以結構的前六階模態(tài)為評價指標,運用有限元分析軟件Workbench分析了薄板的約束條件、厚度、長寬比等因素對結構剛度的影響;研究了加筋板的加筋數(shù)量、筋的分布形式對加筋板整體剛度影響的變化趨勢;對于阻尼加筋板,本文研究了阻尼層厚度和分布形式對結構剛度的影響。最終形成了結構模態(tài)頻率隨各種拓撲結構參數(shù)變化的擬合曲線,總結出了其變化趨勢和規(guī)律。結構振聲特性研究與優(yōu)化:本文運用有限元分析軟件Workbench和聲學分析軟件Virtual.Lab Acoustics進行聯(lián)合仿真,對結構進行了振動響應和聲學響應的分析與研究,分析矩形板的厚度、加筋板的激勵點位置、加筋數(shù)量和分布形式、阻尼加筋板的阻尼層厚度、分布形式對結構振動響應和聲輻射的影響,運用Matlab分別繪制了結構的振動加速度級曲線和聲功率級曲線,分析和總結出了對應拓撲結構形式對結構振動和聲輻射特性的影響趨勢,形成了振動加速度級和聲輻射功率級隨著板厚、加筋數(shù)量、阻尼層厚度等因素的變化曲線,并基于阻尼層分布對結構振動和聲輻射的影響對比分析,總結出了通過改變阻尼層分布形式進行減振降噪設計的拓撲結構優(yōu)化設計方案。仿真分析結果顯示,優(yōu)化設計方案對峰值點振動加速度級的降低都在3dB以上,對峰值點聲輻射功率級的降低都在4dB以上,總的聲輻射功率級也降低了2.6dB。結構聲振特性實驗驗證:本文運用聲振測試分析軟件LMS Test.Lab和PULSE設置了聲振測試分析系統(tǒng),設計了矩形板、加筋板和阻尼加筋板的實驗模型,制定了實驗方案,對加筋板進行了實驗模態(tài)驗證,證明了實驗邊界條件以及加強筋處理的合理性;對矩形板、加筋板、阻尼加筋板進行了振動響應對比測試和聲學對比測試,驗證了加筋和加阻尼對結構聲振特性的影響趨勢。結構聲振特性優(yōu)化設計方案工程應用:本文將得到的優(yōu)化設計方案應用到了風機殼體減振降噪優(yōu)化設計中,基于加強筋和加阻尼相結合的方法,提出了一套針對板殼類結構的減振降噪的系統(tǒng)優(yōu)化設計方法,分析結果顯示,相對于優(yōu)化前的風機殼體,優(yōu)化后風機殼體的振動加速度級和聲輻射功率級都能夠降低10dB以上。本文的優(yōu)化設計方案為同類結構的減振降噪設計提供了理論和實踐方法指導。
【圖文】：

阻尼復合結構振動聲輻射研究現(xiàn)狀通過添加阻尼材料進減振降噪原理：在結構振動和聲輻射過程中，利用阻切或拉壓變形將振動產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)變成熱能耗散掉，進而降低基體結構動響應幅值，最終達到降低結構向外輻射噪聲的目的，這是最常用的控制構振動聲輻射的方法。在汽車、飛機、艦船、潛艇等的殼體結構部分都能復合結構的身影。根據(jù)阻尼材料與基體等結構件的復合方式不同，板結構的阻尼布置處理方兩種形式被廣泛地使用，一種是自由阻尼層布置FLDT ；另一種是約束阻CLDT ，如圖 1-1 所示。自由阻尼層布置方式由于對原結構的強度、工作構形式等沒有大的改動，同時操作簡單成本也較低，因此在汽車的車身薄應用廣泛，阻尼材料的變形主要為拉伸變形，本文研究的阻尼處理方式就約束阻尼層布置的處理工藝比較復雜，費用較高。

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文析，研究不同阻尼拓撲結構對整體振動特性的影響；接著運用聲學分析S . Virtual .Lab 進行邊界元法的聲輻射仿真計算，對不同拓撲結構的加筋板筋板的輻射聲功率、輻射效率進行詳細計算分析，分析其聲場特性的變化出最優(yōu)的加強筋和阻尼材料的布置形式；接著進行了阻尼加筋板結構聲振驗證，驗證加筋和加阻尼對結構聲振特性的影響方式和變化規(guī)律；最后將的普遍規(guī)律應用于工程實際當中，，對風機殼體的減振降噪進行優(yōu)化分析，類結構的減振降噪優(yōu)化設計方法。本文的研究思路流程框圖如圖 1-2 所示：
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB53

【參考文獻】

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本文編號：2642798