【摘要】：憑借優(yōu)異的寬頻減振降噪能力,粘彈復(fù)合結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于航空航天及航海等工業(yè)領(lǐng)域。隨著新材料的不斷涌現(xiàn),粘彈復(fù)合結(jié)構(gòu)的性能更加優(yōu)越,但機(jī)理也更為復(fù)雜,其動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)難以通過(guò)高效的工程方法獲得,無(wú)法滿(mǎn)足日漸復(fù)雜的聲振耦合問(wèn)題的研究需要。另一方面,粘彈性材料動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)的獲取依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)測(cè)量,開(kāi)發(fā)更便捷、更可靠的測(cè)試方法具有重要意義。本文開(kāi)展粘彈復(fù)合結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)理論研究,旨在建立適用范圍廣泛的粘彈復(fù)合結(jié)構(gòu)理論模型,給出動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)快速有效的計(jì)算方法,并結(jié)合工程實(shí)際需要將理論應(yīng)用于材料動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試技術(shù)、水下航行器聲隱身技術(shù)和飛行器環(huán)境預(yù)示技術(shù)中。論文首先建立了更具一般性的自由阻尼結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)理論計(jì)算模型,考慮基底層、阻尼層各自的拉伸和彎曲變形,將研究范圍擴(kuò)展到基底層具有顯著阻尼特性的自由阻尼結(jié)構(gòu)�；趶�(fù)剛度法和變形能法,提出了自由阻尼結(jié)構(gòu)損耗因子、彎曲剛度的修正計(jì)算方法,為便于工程分析,給出了顯式求解公式,為自由阻尼結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供便捷工具。計(jì)算分析表明:本文修正計(jì)算方法與有限元方法的計(jì)算結(jié)果相吻合。論文將修正計(jì)算方法應(yīng)用于大型圓柱殼阻尼效果評(píng)估中,給出了不同自由阻尼結(jié)構(gòu)之間的損耗因子換算方法,為敷設(shè)阻尼材料的大型圓柱殼和板殼等效模型之間的損耗因子換算提供了理論依據(jù)。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明:通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取小型自由阻尼板的結(jié)構(gòu)損耗因子,可以有效預(yù)示大尺寸自由阻尼圓柱殼的阻尼性能。論文建立了具有普適性的粘彈性三明治結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)理論計(jì)算模型,與經(jīng)典約束阻尼結(jié)構(gòu)理論(RUK理論)不同,模型中考慮了各層阻尼,且考慮了夾芯層的拉伸變形,在此基礎(chǔ)上給出了粘彈性三明治結(jié)構(gòu)損耗因子和彎曲剛度的顯示求解公式。與譜有限元方法的結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了本文方法的有效性。進(jìn)一步地,將三明治動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法應(yīng)用到材料性能參數(shù)測(cè)試技術(shù)中,打破共振懸臂梁測(cè)試方法針對(duì)三明治梁試件對(duì)稱(chēng)性的嚴(yán)格限制,提出了基于非對(duì)稱(chēng)三明治梁的材料動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)測(cè)試方法。理論及實(shí)驗(yàn)研究表明:本文所提的測(cè)試方法具有普適性,適用于非對(duì)稱(chēng)試件和傳統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)試件;與傳統(tǒng)共振懸臂梁測(cè)試技術(shù)相比,基于非對(duì)稱(chēng)三明治梁的測(cè)試手段在保證同等測(cè)試精度的同時(shí),可大大降低試件制備難度,豐富測(cè)試數(shù)據(jù)。論文建立了多層復(fù)合結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)理論計(jì)算模型,考慮了各層彎曲、剪切和拉伸變形以及各層阻尼效應(yīng),適用于由勻質(zhì)材質(zhì)構(gòu)成、層序分布任意的各類(lèi)多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,給出了多層復(fù)合結(jié)構(gòu)損耗因子和彎曲剛度的計(jì)算方法。研究表明:多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)是頻率相關(guān)的,且存在高低頻漸近值,結(jié)構(gòu)損耗因子隨頻率先增大后減小,存在阻尼性能最大的優(yōu)勢(shì)頻段。本文提出的計(jì)算方法只需要求解低階線性方程組,避免了特征值求解難題,比現(xiàn)有方法具有更高的穩(wěn)定性和更快的計(jì)算效率,更方便用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的參數(shù)分析和優(yōu)化。多層約束阻尼懸臂梁實(shí)驗(yàn)表明:基于本文理論求解的模態(tài)頻率和損耗因子結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致性很好,所提出的計(jì)算方法可以有效計(jì)算由高阻尼特性粘彈性阻尼材料構(gòu)成的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。論文最后以多層聲學(xué)覆蓋層設(shè)計(jì)和多層復(fù)合飛行器振動(dòng)預(yù)示為應(yīng)用實(shí)例,將復(fù)合結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)理論應(yīng)用于工程實(shí)踐中。論文首先采用具有擴(kuò)變層的多層約束阻尼處理形式,構(gòu)建了具有高阻尼特性的多層聲學(xué)覆蓋層,進(jìn)行了參數(shù)影響分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究。研究表明:增加約束阻尼層數(shù)、增設(shè)擴(kuò)變層、增厚阻尼層厚度(尤其是第一層厚度)、增加約束層厚度或剛度,都是提升多層聲學(xué)覆蓋層中低頻阻尼性能的有效手段。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:具有擴(kuò)變層的多層約束阻尼板在中高頻段的減振效果顯著。論文最后構(gòu)建了多層復(fù)合飛行器的等效模型,建立了湍流邊界下飛行器統(tǒng)計(jì)能量分析模型,完成了飛行器飛行狀態(tài)下的全頻段振動(dòng)預(yù)示,振動(dòng)預(yù)示與飛行試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比表明:本文提出的等效建模方法是有效的,可用于復(fù)雜飛行器的簡(jiǎn)化建模,本文理論可以為復(fù)雜聲振力耦合分析提供參數(shù)輸入。
【圖文】：

第 2 章 自由阻尼結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)分析及應(yīng)用寸自由阻尼板殼模型的結(jié)構(gòu)損耗因子，B 為大型自由阻尼圓是關(guān)于兩種基材損耗因子和阻尼材料損耗因子的函數(shù)。文換算方法在實(shí)際工程中的有效性，采用長(zhǎng)度為 3.6 m、直鋼質(zhì)圓柱殼，以及長(zhǎng)度為 1.3 m、寬度為 1.1 m、厚度為 5.5了不同基材的自由阻尼結(jié)構(gòu)損耗因子測(cè)試。敷設(shè)的阻尼材料為 1140 kg/m３，楊氏模量約為 2×107Pa，，材料損耗因子測(cè)量值實(shí)驗(yàn)件自由懸掛于可加壓水罐中，水罐內(nèi)壁粘貼了吸聲尖劈方式測(cè)量結(jié)構(gòu)的阻尼特性，測(cè)試頻率范圍為 50 Hz～5 kHz，

圖 4-5 懸臂三明治梁的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖圖 4-6 三明治梁試件：(a)不對(duì)稱(chēng)短梁；(b)不對(duì)稱(chēng)長(zhǎng)梁；(c)對(duì)稱(chēng)梁4.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論4.4.2.1 歸一化的位移頻率響應(yīng)曲線首先通過(guò)施加寬帶激勵(lì)信號(hào)，獲得三個(gè)三明治梁試件的位移響應(yīng)信號(hào)。將位移響應(yīng)鋼鋁H1H2H3H1H2H3H1H2H3間隔材料粘彈性阻尼材料(a)(b)(c)根部梁截面梁長(zhǎng)(a)(b)(c)
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V214;V414

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本文編號(hào)：2591923