固支边界下轻质蜂窝夹层结构声振特性分析

2
主要内容

问题提出 理论模型 振声特性分析 总结
3
振动、噪声与CAE



振动、噪声
典型对象
安全性 装备性能 日常生活

振声问题的研究 对数知仿真的需求 数值仿真应用面临的问题
1 问题提出

轻质夹层结构因为具有高比刚度、高比强度、便于 加工成型、性能可设计及多功能化应用 等优点， 在航空航天、船舶、汽车、高速列车、建筑、能源 设施、武器装备等诸多领域得到了广泛应用。
(b)
Frequency （Hz Hz ） Frequency （ ）
图5 声激励下 260Hz、560Hz以 及1000Hz处蜂窝 夹层板位移响应 分布
20
0
-20 0
200
400
600
800
1000
1200
17
Frequency（ Hz）
3 振声特性分析
• 3.2 阻振质量对蜂窝板声振特性影响——力激励
1000
图2 蜂 窝夹层 板在点 激励下, (a) (a)均方 速度， (b) 辐 射声功 率曲线。
2 2
10
-4
100
80
10
-6
60 0 80
1阶：297.8Hz
200 400
2/3阶：584.2Hz 4阶：834.3Hz
600 800 1000 1200
200
400
600
800
1000
1200
600600
800 800
1000 1000 1200 1200
10
-6
40
10
-8
60 20
10
-10
0 40 -20 0 0 200 200 400 400 600 600 800 800 1000 1000 1200 1200
0
200
400
600
800
1000
1200
(a)
40
Frequency（ Hz）
120 -6 10 100 -8 10 80
-10
Transmitted Sound Power（dB）
Frequency（ Hz）
Frequency（ Hz）
60
10
5阶：995.9Hz 6阶：1003.2Hz
40 0 200 400 600 800 1000
7/8阶：1219.0Hz
1200
60 0 0 200 200 400 600 800 400 600 （ Hz） 800 Frequency 1000 1000 1200 1200

7
1 问题提出
◇ 本 文 研 究 框 架
建 模
理论分析
数值仿真平台
建立夹层结构振动与声辐射/声透射模型
特 性 分 析
夹杂层结构振动与声学特性探讨
力激励下振动 响应与声辐射 声激励下振动响应 与声辐射/声透射
不同激励
单纯蜂窝夹层板
具有阻振质量 的蜂窝夹层板
不同结构
8
主要内容

问题提出 理论模型 振声特性分析 总结
2 2 Mean Square Velocity （m /s ）
可通过抑制振动 响应来抑制声辐射
各阶模态在相应频段均有 较强的辐射能力，或者说 有着相近的辐射效率
4
Radiated Sound Power（dB）
120
Mean Square （ m） /s ） Power（ SoundVelocity dB Loss （ dB） Radiated r（dB ）
2 2 Mean Square Velocity （m /s ）
10
-4
10
激励形式对振动响应 有着显著影响
-6
200
120
400
600
800
1000
1200
Frequency（ Hz）
4 声激励下，仅一、六阶模态被有效
10
-4
2 ） Power Sound Radiated （ dB Velocity Mean Square （ m /s2）
激励，并且，不同于一阶模态，在 六阶处未形成强烈的振动峰/隔振谷
10
-6
六阶模态同时存在两个方向 的振动，使得声激励作用于 不同区域的激励部分抵消
10
100
-8
-6
10
80
10
-10
60
200
400
600
800
1000
1200
Sound Transmission Loss （dB）
图4 蜂窝夹 层板(a)声激 励下均方速 度曲线，(b) 声传输损失 曲线。
0
200
400
600
800
1000
1200
oss （dB）
(a)
40
Frequency（ Hz）
(b)
Frequency （Hz Hz ） Frequency （ ）
16
2 2 Mean Square Velocity （m /s ）
3.1 蜂窝板声振特性分析——声激励
3 相比于之前力激励下的响应曲线， 声激励下响应峰数量明显减少
1200
(b)80
Frequency（ Hz）
14 图3 无附加质量蜂窝板各阶固有频率 及相应模态振型图
Frequency（ Hz）
3.1 蜂窝板声振特性分析——力激励
3
均方速度与声功率曲线在峰值位置以 及总体趋势上，保持了很好的一致性； 各模态振型下——无论奇奇、奇偶、 偶偶模态，均有辐射峰存在
600600
800 800
1000 1000 1200 1200
图4 蜂窝夹层 板(a)声激励 下均方速度曲 线，(b)声传 输损失曲线。
10
-6
40
10
-8
60 20
10
-10
0 40 -20 0 0 200 200 400 400 600 600 800 800 1000 1000 1200 1200
声ห้องสมุดไป่ตู้身性能
精密机械设备和控制仪器 不能高效工作或损失失灵
外部环境
6
1 问题提出

鉴于夹层结构在上述领域有着极为广泛和重要的应 用，同时，由于其质量轻且通常应用面积比较大， 使其更易受各种机械激励或流体激励而引发结构振 动与噪声辐射，因此，夹层结构振动与声学问题日 益受到重视。 深入研究轻质夹层结构振动与声学特性与抑制措施， 对于国防军工和民用领域具有积极意义。
1000
图2 蜂 窝夹层 板在点 激励下, (a) (a)均方 速度， (b) 辐 射声功 率曲线。
2 2
10
-4
100
80
10
-6
60 0 80
1阶：297.8Hz
200 400
2/3阶：584.2Hz 4阶：834.3Hz
600 800 1000 1200
200
400
600
800
1000
1200
无限大刚 性声障 蜂窝夹 层结构 z o
y
(入射/反射声波)
b1
固支 边界
a1
激振力
x 阻振质 量块 辐射声波 (透射声波)
阻振质量分布
11
2 理论模型


振动与声学特性评价 采用均方速度、辐射声功率、传声损失 三个特性参 数，分别定义如下：
V
2
2
2A
A
| w |2 dA, P=10*lg(
9
2 理论模型
蜂窝夹层板
芯层等效
z
夹层板
Comsol建模
l
数值仿真模型
y x t

蜂窝 夹层 结构 示意 图
o
δ
H
h
a b
ceq
2 4 3 2 3 3 3 , Ecx Ecy ( ) E, Ecz E , Gcxy ( ) E, Gcyz Gcxz G 2 a 3 a 3a 3 a 3a
1200
Loss（ Sound Transmission （dB dB） ） Sound Power Transmitted
Frequency（ Hz）
2 2 Mean Square Velocity （m /s ）
0 0
80
200 200
400 400
Frequency （ Hz ） Frequency （ Hz ）
Loss（ Sound Transmission （dB dB） ） Sound Power Transmitted
Frequency（ Hz）
2 2 Mean Square Velocity （m /s ）
0 0
80
200 200
400 400
Frequency （ Hz ） Frequency （ Hz ）
随着频率继续升高，隔声量变化较为平缓
10
-4
200
120
400
600
800
1000
1200
Frequency（ Hz）
10
-6
隔声变化规律与振动响应相互对应，并受到系统模态显著 影响，即距离共振频率越远，振动越弱，隔声越强，反之亦然。
100
-8
10
80
10
-6
10
-10
60
200
400
600
800
1000
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 蜂窝夹层板 蜂 窝 夹 层 板 + 附 加 质 量 -III 蜂 窝 夹 层 板 + 附 加 质 量 -IV