一、复合材料层板的频散和声辐射特性研究(论文文献综述)
王兴国,刘红伟,李晓高,黄志诚,范跃农,刘阳[1](2022)在《双层粘接界面特性的空气耦合超声导波检测》文中研究指明针对粘接界面质量难以检测与评价的问题,提出了一种空气耦合超声导波检测方法。基于超声导波在双层介质中传播特性和界面弹簧模型理论,推导出了不同粘接界面条件下的频散方程。通过对频散方程的数值求解,获得了刚性粘接、滑移粘接和完全脱粘3种粘接界面质量的频散曲线。频散曲线分析表明:在A0模态的一定频率范围内,界面趋于刚性粘接时导波的传播相速度大于滑移粘接的相速度,完全脱粘时相速度频散曲线出现双重对称与反对称模式,这与上下单层频散曲线重合。采用3种不同粘接界面质量进行了超声导波实验,由实验获得的导波相速度与数值计算结果基本吻合,刚性粘接条件下的导波幅值和声能量最小,完全脱粘条件下的导波幅值和声能量最大。该结果为超声检测不同粘接界面质量奠定一定的理论基础。
郭兆枫[2](2021)在《声子晶体对变电站低频噪声调控机理研究》文中研究说明随着城市化进程的推进、法律法规的日益严格以及居民环保意识的增强,变电站的噪声问题已经成为变电站投诉的焦点问题之一。通过对变电站声环境实测分析,可知其噪声特性主要体现在工频与低频方面,频谱特性显示出噪声峰值集中于50Hz、100Hz、200Hz和400Hz。然而,由于受限于质量定律,传统降噪材料或结构很难对低频噪声进行有效的控制,无法满足变电站降噪需求。因此,需要研发出针对变电站频谱特性且拥有优异声学性能的新型降噪材料。亚波长声子晶体与声学超材料的出现,为变电站低频噪声控制开辟了新思路与方向,使困扰了电力系统多年的顽疾有了解决的可能。本文针对目前变电站低频噪声控制的难点,分别从噪声预测与控制方面,开展了基于有限元法的变压器类设备声源模型建立以及声子晶体与声学超材料对变电站低频噪声调控机理及应用的研究。在噪声预测方面,本文对变电站噪声的声压法测量、声强法测量和振动法测量三种不同的测量方法进行对比分析,总结各自优缺点及适用条件。利用变电站噪声测量的近场布点方法和衰减布点法对变电站噪声进行实测及分析。以实测数据与有限元-边界元理论为基础建立变电站主设备等效声源模型,并基于所建声源模型对变压器、电抗器进行噪声预测研究。研究发现,基于有限元-边界元耦合的理论下建立的声源模型可以使声波的干涉效应得到很好的体现。通过与实测数据比对,仿真值与实测噪声值平均误差基本控制在3dB以内,可较精准的预测变压器类设备噪声的传播与衰减。在噪声控制方面,本文提出使用声子晶体和声学超材料作为变电站低频噪声控制的材料,并引入空腔结构以提升声子晶体板通带内的声传输损失(Sound Transmission Loss,STL)。结果显示声子晶体空腔板的平均STL相比普通声子晶体板增大了 30dB以上,其峰值可高达100dB。为了明晰声子晶体和声学超材料的降噪机理,本文从动力减振机理、动态质量密度、模态参与因子、振型位移分析和等效质量-弹簧模型等多种角度对声子晶体和声学超材料的降噪机理进行分析研究,并对不同角度的机理分析进行异同点与优缺点总结,基于板式和膜式声子晶体提出机理研究分析范式。基于对声子晶体降噪机理的分析研究,提出一种混合声弹超材料,结合模态与振型位移对其带隙、STL和振动传输损失(Vibration Transmission Loss,VTL)特性进行研究,基于等效质量-弹簧模型对混合声弹超材料进行机理分析,并对其STL、VTL的影响因素分别进行研究分析。结果表明能带解耦后代表面内波(S波)的xy模式对应VTL,z模式面外波(P波)对应STL。证实了虽然超材料的周期性只体现在xy方向,但是能带计算的空间自由度是三维的。通过对解耦后的能带进行模态分析,可知xy模式带隙的起点为x、y方向散射体-包覆层的平移拉伸模态,终点为x、y方向基体-包覆层的平移拉伸模态。z模式带隙的起点为z方向散射体-包覆层的平移剪切模态,终点为z方向基体-散射体的平移剪切模态。等效质量-弹簧模型计算频率与传输损失峰值频率平均误差小于3Hz。在影响因素中,扇形环硅橡胶开角对VTL和STL的影响最大。为了突破声学超材料在低频噪声控制领域的瓶颈,提出一种前置径向膜声学超材料,结合模态与振型位移对其带隙、STL特性进行研究,基于动态质量密度与等效质量-弹簧模型分别对膜与板进行机理分析,并对其STL的影响因素展开研究分析。结果表明,前置径向膜声学超材料具有低频宽带的声学特性,在0-100Hz的范围内拥有三个声传输损失大于30dB的频带,分别为8-33Hz、48-52Hz和54-100Hz,总带宽为75Hz,声学特性远优于常规声学超材料。通过对模态振型与声强流线的综合分析,发现在0-100Hz内前置径向膜声学超材料的降噪机理为膜的(0,0),(2,0)和(0,2)模态以及板的z方向散射体-包覆层覆共振及两者第一阶共振频率之间的桥连耦合。在影响因素中,膜厚与板厚对STL的影响最大,膜厚越薄,板厚越厚,前置径向膜声学超材料的低频与宽带声学特性越优异。最后,对声子晶体的工程应用进行探索和研究,针对声子晶体的特点提出其工程应用的普适性流程。根据变电站噪声频谱特性与相关法规标准,提出一种局域共振型声子晶体板轻量化设计方法。基于此方法,设计出一种针对变电站噪声频谱特性的轻量化超胞声子晶体板,并对其STL特性进行数值计算,同时通过振型位移及声压级复合声强流线图对其降噪机理进行分析研究。本文旨在提高变电站变压器类设备声源模型噪声预测的准确性,从多角度研究声子晶体与声学超材料的低频噪声控制机理,并基于降噪机理设计出适用于低频噪声控制的声子晶体和声学超材料,以期实现声子晶体与声学超材料在变电站等低频噪声领域的应用。研究结论可以为变电站噪声的预测与控制、声子晶体与声学超材料的低频振动与噪声控制提供理论基础和方法指导,为降低新建或在运变电站的噪声对人体的危害,增加电网建设与运行的经济效益与环保效益提供技术支撑,有利于电网绿色环保的可持续发展。
刘红伟[3](2021)在《多层介质界面粘接特性的超声导波检测》文中研究指明粘接结构因比强度高、比模量高、适应性强以及制作工艺简便、安全性高等优点,被广泛应用于航空航天、装甲车辆等重要军事领域,例如飞机机翼的蒙皮,固体火箭发动机壳体/绝热层,航空发动机隔热涂层等关键零部件。由于粘接结构在制作过程中受到工艺、温度、固化时间等因素的影响以及在使用过程中受到振动损伤、老化、蠕变等交变载荷和静载荷的影响,容易导致界面产生气孔、粘接不良、裂纹、分层损伤等缺陷,这些缺陷降低了粘接构件的可靠性和安全性,因此对粘接结构质量的检测是十分必须的。本文通过超声导波技术对粘接结构进行了研究,开展了以下工作:首先,基于超声导波在双层介质(有机玻璃/铝)中传播特性和界面弹簧模型理论,推导出不同粘接界面条件下的频散方程。通过对频散方程的数值计算求解,获得了刚性粘接、滑移粘接和完全脱粘三种不同粘接界面质量的频散曲线。并通过改变介质厚度,分析了频散曲线的变化。从刚性粘接界面到滑移粘接界面,频散曲线的对称模态和反对称模态并未发生模式转换,但法向和切向刚度系数对导波的传播速度有着很大影响。在一定区间内各个模态的相速度有着较大的差距,刚性粘接的相速度大于滑移粘接的相速度。完全脱粘时,出现了两种频散曲线,分别是铝层和有机玻璃层的频散曲线。在双层介质中,当上下层介质声速相近时,介质厚度增加频散曲线只发生左移。当两上下层介质声速存在差异时,声速大的介质厚度增加,频散曲线发生左移和上移;声速小的介质厚度增加,频散曲线发生左移和下移。粘接结构的频散曲线往厚度增加的单层介质的频散曲线转化。其次,利用有限元仿真软件模拟了超声导波在双层结构中的传播过程。当中心频率为2MHz时,分析了导波在不同厚度陶瓷涂层的传播规律,结果表明:随着厚度的增大,导波传播时间增长。当涂层到达一定厚度时,出现了更高阶模态的波,但是高阶模态的波会影响基阶模态波的判断和分析,因此利用超声导波检测较厚的介质存在一定的局限性,同时也验证了第三章频散曲线的正确性。在双层粘接结构中,当中心频率为0.4MHz时,模拟了空气耦合条件下超声导波在完好界面、缺陷界面、完全脱粘三种不同粘接情况的传播过程,分析了导波在不同情况粘接界面下的传播规律。随着界面缺陷的增大,幅值也越来越大。当界面完全脱粘时,其仿真结果与单层板的仿真结果一致。最后,建立了空气耦合式超声导波双层粘接结构的实验平台,分别以环氧树脂、水和空气作为粘接介质,制作了刚性粘接界面、滑移粘接界面和完全脱粘界面三种不同的粘接结构。实验结果表明:当频厚积为0.4MHz·mm、0.6MHz·mm和0.8MHz·mm时,刚性粘接结构的相速度大于滑移粘接结构相速度,其中在0.6MHz·mm下,差距是最明显的。完全脱粘与单层有机玻璃板的结果一致。由实验获得的导波相速度与数值计算结果基本吻合。不同厚度粘接结构检测结果是相同的,刚性粘接条件下的导波幅值和声能量最小,完全脱粘条件下的导波幅值和声能量最大。
钟强[4](2021)在《结构高频声振统计特性及能量辐射传递模型研究》文中认为各向异性复合材料结构具有良好的耐腐蚀性、高比强度及高比刚度等优良特性已被广泛应用于航空航天、交通运输等重要工程领域,如大型客机蒙皮、高速飞行器热防护和高铁车身壁板等。这些结构在服役过程中,常须承受由于湍流边界层引起的高频脉动激励的作用。近年来,由此产生的高频声振耦合问题也引起了相关学者的广泛关注。由于有限元和边界元法等确定性分析方法在求解复杂组合结构的声振耦合问题时有频率上限的问题,往往不适合高频声振耦合分析。为此,相关学者提出了以统计平均的能量作为分析变量的方法,如统计能量分析(SEA),振动传导法(VCA)和能量辐射传递法(RETM)等。其中,RETM由热辐射传递比拟而来,属于几何声学的范畴,能够较好的估计三个维度的能量响应分布及功率流场。但目前RETM仅适用于均匀各向同性介质,限制了其在复合材料振动相关领域的应用,而且在实际工程中,能量变量往往不能直接应用。为此本文从RETM的基本理论出发,针对复合材料结构的高频声振耦合问题以及能量与应力/应变之间的转换关系开展研究,主要内容包括:(1)高频声振耦合系统统计性分析方法理论框架的梳理。首先回顾了 SEA的基本理论,明确相关参数的物理意义;然后研究了梁、板和声腔的高频能量在阻尼-频率平面内的振动能量场的统计特性,包括对三种振动场(模态场、扩散场以及自由场)的解;最后,利用SEA与传递矩阵法(TMM)介绍了层状多孔吸声介质在被动隔振方面的应用。(2)基于RETM的复合材料梁高频振动分析方法研究。以复合材料层合梁为研究对象,首先基于铁木辛柯梁(Timoshenko beam)模型,推导了层合梁的频散关系、波群速度、点导纳、模态密度、输入功率等参量,建立了一维结构多波传播系统的RETM模型;然后,将该模型与欧拉-伯努利梁(Euler-Bernoulli beam)的RETM模型相关计算结果进行比较,得出在横向振动场由弯曲占主导的频段两模型几乎没差别,但在剪切和弯曲共同主导的较高频段差别显着;最后,还将RETM结果与波传法(WPA)的理论解进行对比,验证本文所建立模型的正确性。(3)基于RETM的各向异性二维介质高频振动分析方法研究。首先,利用费马定理(Fermat’s principle)证明了能量射线在均匀二维各向异性介质中沿直线传播,并理论证明了在耦合各向异性介质的耦合边界处费马定理与斯涅尔定律(Snell’s law)的等价性;然后,首次推导了各向异性二维介质中点源的辐射功率流强度函数的显示表达式;最后,将RETM用于估计正交各向异性薄膜、汽车轮胎和各向异性薄板等结构的高频振动响应,并将预示结果与模态叠加理论解或者有限元(FEM)解进行对比,验证了 RETM模型在二维各向异性介质高频振动能量分布和能量流场预示中的有效性。(4)基于RETM的高频振动应力/应变积分表达式的建立。本文首次通过RETM来估计结构稳态高频振动应力/应变。首先,通过理论证明了梁和薄板在高频振动时,其动能密度等于势能密度;再根据弹性理论中弹性势能的表达式建立能量密度与应力/应变之间的转换关系;然后,根据RETM理论,计算点的应力/应变均方值由经过该点的能量射线携带的能量所转换的应力/应变均方值叠加而来,由此构造了应力/应变均方值的积分表达式;最后,通过若干算验证了表达式的正确性。
张亚楠[5](2020)在《基于声发射信号处理的风力机叶片损伤演化研究》文中认为叶片是风力机获取风能的关键部件,在叶片的生产过程中,往往因为其制作工艺的特殊,自动化程度不高,使生产出来的叶片存在内部缺陷,如褶皱、分层、缺胶等。由于这些随机分布的工艺缺陷存在,导致复合材料的疲劳破坏通常从缺陷处开始,并在随机交变应力作用下逐步扩展贯通成为宏观裂纹,继而逐步扩展到界面上引发疲劳损伤,对叶片结构造成破坏。考虑风电场大多位于偏远地区,存在维护、监测困难的问题,如果早期损伤未被及时发现,有可能在恶劣工况下发展为恶性事故而造成巨大的经济损失。因此,研究风力机叶片的损伤演化识别,对于保障叶片长时间安全运行具有重要意义。本文研究采用声发射技术对叶片复合材料损伤演化状态进行识别和预测,为风力机叶片健康状态监测提供新思路,论文的主要研究内容如下:(1)以损伤力学理论为基础,通过分析不同阶段损伤演化的能量耗散,建立了风力机叶片复合材料的损伤演化模型,从而明晰声发射能量耗散和复合材料损伤演化规律的关系。通过复合材料层合板Lamb理论讨论了不同类型的Lamb频散控制方程以及频散特性。利用声发射断铅实验分析了不同Lamb波传播方式,并讨论了不同损伤程度对Lamb波的影响,为损伤演化过程中声发射信号波形分析提供理论依据。(2)依据风电发电机组风轮叶片质量标准中对叶片质量影响最大的褶皱和分层工艺缺陷,针对性的建立了GFRP复合材料声发射实验平台,并详细阐述了实验步骤和人工缺陷制作方法。实验分析了分层缺陷位置、大小和不同高宽比褶皱缺陷对复合材料力学性能的影响。使用聚类分析算法识别了复合材料损伤模式,并利用电镜扫描验证的损伤模式识别的正确性。通过对不同缺陷复合材料的声发射特征分析,明晰了缺陷类型和几何参数对叶片损伤规律的影响,为缺陷复合材料损伤模式识别和状态监测提供依据。(3)褶皱缺陷在损伤演化过程中,由于损伤模式的多样性使得观测AE信号源的数目小于声发射源信号数目,本文提出一种改进的K-means欠定盲源分离方法,有效提取了褶皱缺陷损伤演化过程中基体开裂,纤维剥离,界面分层和纤维断裂的频率特征,最后计算并分析疲劳损伤演化中各类损伤特征的声能耗散趋势。研究结果表明,褶皱缺陷在稳定损伤阶段,纤维及纤维束纵向所产生的纤维剥离是能量耗散的主要来源,失稳破坏阶段出现的裂纹和脱粘以及纤维断裂为主要的声发射激励源,并呈现高幅值能量释放的态势,从而明晰了褶皱缺陷的损伤演化机理。(4)针对叶片层合板分层缺陷损伤演化中多组分材料所导致交叉项干扰问题,提出了一种基于自适应VMD-WVD时频分析方法,通过利用交替方向乘子法迭代搜索求取增广Lagrange函数的鞍点,获取声发射模态分量和中心频率。实验结果表明,通过二维时频分布相关系数和时频分辨率对算法性能进行评价,该方法使得交叉项干扰有效降低,还能保证较高的时频聚集性和时频分辨率,能够细致地刻画声发射信号在时频平面上所发生的变化过程,表征分层缺陷损伤的复杂动态过程。(5)考虑叶片复合材料在应力达到最大之前便已经发展为宏观失效,造成失稳破坏的识别和预测难度较大。针对该问题,提出一种基于声发射信号聚类分析和神经网络的复合材料失稳破坏前兆特征识别和预测方法,通过对比每种声发射信号类型的时序演化特征,筛选出合适的前兆特征信号建立神经网络预测模型。结果表明,该方法相比于声发射积累能量和积累计数等参数可有效的对其失稳破坏状态进行识别和预测。
张彦杰[6](2020)在《基于激光超声的环氧树脂固化过程监测方法研究》文中进行了进一步梳理胶接是一种能提高航天飞行器结构效率和结构破损安全性能的先进连接技术,环氧树脂由于其内聚强度大、粘接强度高等特点,被广泛用于飞机零部件的粘接结构中。近年来,胶接技术在航天领域的应用范围呈持续增长趋势,随着航空制造水平的不断提升,工艺分离面大幅度减少,许多部位的机械连接被共固化、共胶接和二次胶接所替代。然而胶层的固化容易受到环境因素的影响,准确判断胶层的凝胶点、玻璃化转变点及固化度对胶接质量的好坏有非常重要的影响,因此需要发展一种可靠的在线监测技术,以提高粘接工艺的可靠性。本课题的主要目的是研究一种基于激光超声技术的胶层固化监测方法,同时搭建一套灵活性强、适用性广的激光超声检测系统,并利用该系统完成相关的理论及实验研究。论文取得的主要成果包括以下几点:(1)基于双波混合干涉原理搭建了一套适用于非接触移动检测的激光超声检测系统,通过移动探头可以方便快捷地对目标进行检测。在超声波的探测系统中,利用硅酸铋晶体的光折变效应进行超声振动检测,并对干涉仪的相关参数进行了优化。采用高速信号采集卡搭建了用于超声信号实时采集的高速信号采集平台。采用NI-Scope的Lab VIEW程序,以队列数据存储形式,实现了超声信号的快速采集。(2)根据双波混合干涉仪中的光纤结构,分别对单模光纤及多模光纤的耦合效率进行了分析。首先对光纤的结构进行了介绍,说明了全反射条件及光纤内光传播的原理。其次,使用电磁场理论分析了单模光纤的耦合效率,采用几何光学分析考虑了多模光纤的耦合效率。分别考虑了单模光纤与多模光纤在轴向偏移、径向偏移和端面角度倾斜情况下的耦合效率。并计算了由多模光纤引入的模式色散对检测系统的影响。(3)环氧树脂的固化会影响超声波的特征参数,包括声速、振幅以及声阻抗等。根据声速曲线可以分辨出环氧树脂凝胶点及饱和固化阶段。根据复合材料中的波传播路径,利用远场超声建立了下层铝板中振幅与反射系数的关系。同时通过小波变换在时频域对透射波进行了分析,以复Morlet小波为基函数对信号进行分解,并提取了信号的振幅及相位信息,计算了衰减系数及相速度。超声波的吸收衰减与环氧树脂的弛豫特性有关,通过理论分析获得了吸收衰减与频率之间的近似线性关系,同时计算了相速度以评估超声波在环氧树脂中的频散。(4)利用Kramers-Kronig关系推导了超声衰减系数与相速度的关系,并基于衰减系数验证了 Kramers-Kronig关系在环氧树脂固化过程中的适用性,计算了在固化过程中频散度随时间的变化曲线。分别利用超声时域方法、流变仪、差式扫描量热分析(DSC)对环氧树脂的固化过程进行分析,计算了相关参数并探讨了不同方法对固化过程表征的适用性。根据超声时域衰减曲线可以判断出在衰减系数最大值处开始发生玻璃化转变,根据流变仪分析结果可以判断出实验所用环氧树脂体系发生的主要为物理交联。环氧树脂的弛豫特性对频散度有直接影响,本文利用超声在环氧树脂固化过程中频散度的变化曲线建立了固化度的计算模型,并与基于DSC方法的固化度计算模型进行了比较。结果表明,从工业生产角度来看,超声检测在灵敏度方面高于DSC方法,激光超声由于其非接触及灵敏度高的特点,有望发展成为一种工业生产固化在线监测的手段,通过对凝胶点、玻璃化转变点、饱和固化阶段及固化度的判断为实际粘接工艺提供参考。
黄进安[7](2020)在《邮轮舱室噪声预报、控制及私密性设计方法研究》文中进行了进一步梳理邮轮是高端旅居船舶的典型代表,堪称技术与工艺的结晶。为打破国外技术壁垒实现高新技术船舶突破,推进邮轮产业本土化是大势所趋。邮轮舱室是乘客乘坐体验舒适度的最重要场所,舱室噪声与私密性是乘客身心感受最为直接的因素。在设计阶段对舱室噪声做出准确预估、制定科学的降噪方案并提出合理的舱室私密性设计建议是提升舱室综合舒适性的必要环节。由于本文支撑项目“中型邮轮设计建造技术研究”仍处于设计阶段,尚无详细的结构图纸。并且本文有关舱室噪声的研究方法可以应用到其他船舶,故文中以某油船为研究载体对全船舱室噪声做出预估;以邮轮的低噪声标准为目标,结合阻尼降噪、吸声隔声技术、浮动地板以及周期结构开展噪声控制方案研究。另外,以代表性的邮轮舱室布置为基础,结合视觉与听觉因素对舱室私密性进行评价,同时提出舱室等级划分原则与舱室私密性综合设计建议。主要研究工作如下:(1)建立全船三维模型并设置详细的舱室内装方案,基于统计能量分析对全船舱室噪声进行预报,并与实船噪声试验结果进行对比,研究结果表明:根据实际设置内装材料后,噪声预报结果与实测值吻合的较好,但仍有10个居住舱室噪声不满足IMO标准要求。(2)通过噪声源贡献量分析得到各个舱室噪声的主要来源。针对主要由振动能量引起的噪声超标舱室,采取在噪声传递关键节点与声源舱室添加阻尼材料的方式进行降噪,在中低频段取得了较为理想降噪效果。主要由空气噪声引起的噪声超标舱室,采取矿棉加塑料泡沫的双层吸声组合的措施进行降噪,在中高频段达到了较为理想的吸声效果。将吸声材料、阻尼材料结合穿孔板结构形成复合吸声结构,提升了吸声材料的中低频降噪能力。同时根据混响室测隔声量法在VAone软件中仿真该过程,发现该复合吸声结构拥有良好的隔声性能。(3)对于噪声仍未满足要求的舱室,通过计算舱室的输入功率得知能量主要是从地板传递到舱室声腔内。设计了一种镀锌钢板、阻尼材料与岩棉组合的复合夹层式浮动地板,在中低频取得了很好的降噪效果,降噪后单人间声压级为54.5 d B满足相关标准要求。针对空调房间噪声问题,设计了周期管道夹芯结构,使得待降频率落在了带隙(210 Hz~580 Hz)之内,最终实现了空调房间的有效降噪。(4)分析了舱室布置与私密性的关系,进而掌握了影响舱室私密性的主要因素,同时根据典型舱室的室内能见度、壁板隔声量与语音传输指数对舱室私密性做出了评价。提出舱室私密性评价指标用来划分舱室私密性等级,并绘制了舱室私密性综合等级的三维区域图。结合舱室外部布局优化、室内视野遮挡设计、关键节点人群引流与舱室噪声掩蔽等方面对舱室私密性给出综合设计建议。
米永振[8](2019)在《声学超材料-声腔耦合系统振-声学特性研究》文中指出声学超材料通过在亚波长物理尺度上进行人工微结构有序设计,获得了低频禁带、负折射、反常透射等超常力学或声学性能,表现出极为丰富的物理内涵。基于声学超材料的封闭声腔噪声控制是声学超材料应用探索的重要方向,也是当前国内外声学超材料研究领域的热点问题。明确声学超材料-封闭声腔耦合作用机理是提升声学超材料壁板抑振隔声性能的前提条件,也是声学超材料-声腔耦合系统振-声学特性研究中的关键基础问题。本文以声学超材料-声腔耦合系统为研究对象,建立了耦合系统振-声学特性的高效计算方法,在确定及不确定两种条件下研究了声学超材料与封闭声腔之间的耦合作用规律。以此为指导,提出了轻质低频声学超材料设计方案,并通过试验测试和工程应用验证了声学超材料对封闭声腔内部噪声的控制效果。本文主要研究内容和研究结论包括:(1)基于能量泛函变分原理和正交多项式展开方法,提出了声学超材料-声腔耦合系统振-声学特性的高效计算方法。将等几何变换引入耦合系统物理域至参数域的坐标映射,实现了任意形状声腔能量泛函的直接建立。在能量解法的基础上,利用耦合系统不确定参数的局域化分布特征,提出了局部不确定性量化与传递分析方法。数值算例表明,能量解法具有较高的计算精度和效率,同时具有较快的收敛速度和良好的几何适应性。局部不确定性方法分析显着提高了声学超材料不确定性分析效率,同时取得了与蒙特卡洛模拟一致的分析精度。(2)针对声学超材料“单板背腔”耦合系统,计算了平板的均方振速、声腔的均方声压、平板的辐射声功率及指向性;针对声学超材料“双板夹腔”耦合系统,计算了不同入射角度、声腔深度、局域共振单元布置形式下的声透射损失。基于上述声振响应的变化规律,归纳了声学超材料与封闭声腔之间的耦合作用机理,研究了改善低频吻合透声所致双板隔声低谷的方法。结果表明,声学超材料-声腔耦合系统的振-声学特性受到局域共振效应和低频吻合效应的共同调控,而通过合理设计和排布局域共振单元可显着提高声学超材料的抑振、隔声性能。(3)设计了悬臂梁形式、亚克力质地的局域共振单元,加工了钢板混凝土隔声箱,制造了声学超材料“单板背腔”和“双板夹腔”耦合系统样件。对耦合系统的振-声学特性开展试验研究,测试了“单板背腔”耦合系统的全板振速、箱内声压及辐射声功率、声插入损失,同时采用“混响室-消声室”法测试了“双板夹腔”耦合系统的声透射损失。测试结果符合理论预测,验证了所提出的声学超材料-声腔耦合作用机理。特别是全板振速的波数变换图像显示弹性波波数圆与声波波数圆在带隙后重合,有力地证明了低频吻合效应的存在。(4)面向航空舱室噪声控制需求,提出了声学超材料的设计流程和局域共振单元的设计原则。为解决单元附加质量与航空增重限制之间的矛盾,将惯性放大机构与普通悬臂梁式共振单元结合,设计了惯性放大悬臂梁式共振单元,并对其带隙特性进行了数值分析和试验验证。结果表明,通过惯性放大比及杠杆-悬臂梁连接位置的组合调整,惯性放大共振单元取得了远大于普通共振单元的调谐范围。将其周期附加于某型号直升机驾驶室顶板时,可显着抑制直升机的低、中频舱内噪声,抑制效果对不确定条件有良好的适应性。本文从理论建模、数值计算、特性分析、试验测试和工程应用五个方面对声学超材料-声腔耦合系统的振-声学特性进行了深入研究,揭示了声学超材料-声腔耦合作用机理,丰富和发展了声学超材料的振-声学理论。同时,本文总结了面向舱室降噪的声学超材料设计指南,提出了轻质低频声学超材料设计方案,对实现声学超材料的轻量化和实用化具有重要的工程意义。
付涛[9](2019)在《复合夹层筋板结构声振特性分析及抑制研究》文中研究说明板类结构是高速列车、飞机和舰船等运载设备的主要组成部分,由于运载设备应用背景的多样性,其在运行过程中常处于复杂的高低温交变、结构振动和流致噪声环境中,当热载荷引起的热应力达到一定值时会使得结构发生热屈曲,强烈的振动会加剧舱内的声源直达噪声,外部流动流体的作用会与结构产生气动弹性耦合效应,这些都将对运载设备的安全性和舱内振动噪声抑制造成不利的影响。因此对板类结构在复杂外部环境作用下的声振特性进行研究,实现结构宽频声振抑制,使其具有轻质、隔热、低振动和高隔声性能对提升运载设备的安全性和舒适性具有重要的意义。本文针对这一问题对复合夹层筋板结构在外部流场和热载荷作用下的声振耦合特性进行了研究,分别从夹层板理论模型、热源环境、外部均匀流体、材料分布类型和宽频被动抑振控制等方面对结构的声辐射响应和隔声特性影响进行理论和实验分析。具体研究内容为:基于经典夹层板理论,将热应力引入到夹层结构的热弹性本构方程中,考虑了有热源和无热源两种情况下的线性温度场,使用双三角级数解的形式求解了热载荷作用下夹层板的横向振动位移,基于辐射单元法并考虑了耦合辐射阻抗的影响,通过对Rayleigh积分方程的求解给出了夹层板在热载荷作用下的辐射声功率,推导了平面声波激励下夹层板结构的传声损失计算公式。通过与现有文献理论模型及实验结果的对比来验证所建模型的有效性。同时基于建立的理论模型,着重分析了不同温度场载荷参数对夹层板固有频率、声辐射和隔声特性的影响。针对夹芯为三维轻质点阵周期分布的情况,建立了三维点阵夹层筋板结构的振动模型,在模型中考虑了表层面板抗弯刚度和双参数基础模型的影响,平板和加强筋的耦合作用通过位移相容条件求解,并且忽略热力矩的影响,推导了均匀温度场中夹层板的临界屈曲温度计算公式。分析了双参数弹性地基与夹芯结构参数对夹层板固有频率及临界屈曲温度的影响,给出了结构声辐射和隔声特性随不同夹芯类型、材料损耗因子、夹芯参数、弹性地基及温度载荷的变化规律。研究发现相比较于Winkle刚度的影响,改变剪切刚度对结构声辐射和隔声特性的影响更为显着。基于Reddy型高阶剪切变形理论和哈密顿变分原理推导了热环境和双参数基础模型联合作用下的层合功能梯度复合材料板的振动控制方程,采用微分求积法对不同边界条件下的控制方程进行数值求解,探究分析了无量纲情况下温度载荷、边界条件、弹性地基参数、材料铺设角度和方式、铺设层数、材料分布类型和厚边比对层合功能梯度板弯曲扰度和自振频率的影响,其可为后续热环境下复合夹层筋板的声辐射和隔声特性分析研究奠定基础。针对表层面板为复合材料的三维点阵夹层筋板结构,基于建立的层合功能梯度复合材料板振动方程,采用微分求积法获得了复合板的等效结构阻抗,利用双三角级数解的形式求解了热载荷作用下的结构横向振动位移,基于流体-结构界面的速度连续性条件求解了结构与流体介质间的流固耦合作用,利用瑞利积分分别推导了结构在外部均匀流体作用下的辐射声功率和传声损失。基于所建理论模型分析了不同体积分数、材料铺设角度和方式、铺设层数、材料分布类型对结构声辐射和隔声特性的影响。基于建立的复合夹层筋板结构的振动方程,采用附加多个单自由度动力吸振器的方式,理论推导求解了附加分布式动力吸振器的复合夹层筋板结构的横向振动位移,分析了阻尼比、固有频率比、质量比和安装位置对结构调谐频率处的隔声幅值影响,确定了动力吸振器阻尼比、固有频率比、质量比和安装位置参数的最优值。实验设计了一种梁式动力吸振器,通过与实验结果的对比来验证所建模型的有效性。实验对比分析了附加分布式动力吸振器前后对复合夹层筋板结构隔声特性的影响,结果显示本文所设计的梁式分布式动力吸振器对复合夹层筋板结构的隔声曲线幅值有较大提高,其最大增幅在20 dB以上,相比于原结构实现了结构隔声特性在宽频范围的改善。本文的研究可为板类隔声结构在材料组成和结构形式设计上提供理论依据,建立的声振抑制理论模型可用于指导板类隔声结构的宽频声振抑制设计。
韩敬永[10](2016)在《复合材料夹层板结构热环境下声振特性研究》文中认为夹层板结构具有轻质、高比刚度,良好的隔热、隔声和设计性强等特点,近年来被广泛应用于航空航天、船舶和高速列车等工程领域。高速飞行器在飞行过程中要处于严酷的气动热、宽频噪声和振动等复杂工作环境,严重的气动热所产生的高温环境会降低材料性能,改变结构声振特性,从而严重影响飞行安全。因此对夹层板结构在热环境下的声振特性理论研究对降低舱室噪声、优化结构设计、提高飞行安全性具有重要的意义。本文工作主要针对这一问题寻求一种简单有效的理论模型用于热环境下夹层板的声振特性研究,旨在揭示各参数和因素对夹层板声振特性的影响机制。分别从夹层板的理论模型、模态密度、传声损失及考虑对称运动的振动和声辐射响应方面展开了理论研究。具体研究内容为:提出了一种改进的经典夹层板理论模型,考虑芯层的面内刚度及材料主方向与坐标轴不一致的情况,利用哈密顿变分原理推导了热环境影响下的夹层板振动控制方程。并利用该理论模型得到三个简化模型,使用双三角级数解的形式求解了四边简支夹层板的临界屈曲温度和固有频率,通过与其它理论模型及有限元模型仿真结果的对比来验证本文理论模型的准确性。研究了各模型的精度及适用范围,着重考察了芯层面内刚度对夹层板固有频率及临界屈曲温度的影响,给出了固有频率随温度载荷的变化规律。基于改进的经典夹层板理论模型,利用波数空间积分方法,根据四边简支、四边固支和自由边界的波数空间给出了考虑边界条件影响的夹层板模态密度计算公式。通过与文献中模态密度试验测量结果和计算结果及有限元模型仿真结果对比来验证本文模型的准确性,并对现有夹层板模态密度公式的局限性和计算误差进行了分析。通过数值算例,系统地研究了面板芯层铺设角度、芯层面内刚度、横向剪切刚度、边界条件及温度载荷对夹层板模态密度的影响机理。在计算热环境中模态密度时,重点分析了热应力及材料温变属性对模态密度的影响,研究发现热应力在低频段对模态密度影响较大,而材料温变属性主要影响模态密度中高频段,因此计算热环境中夹层板模态密度时,两者都要考虑。本文提出的模态密度计算公式具有更广泛的适用性。利用提出的夹层板模态密度计算公式,基于统计能量分析方法研究了夹层板的传声损失,建立了夹层板传声损失的统计能量模型,给出了模态密度、内损耗因子及耦合损耗因子的确定方法,根据功率平衡关系导出了夹层板传声损失计算公式,并基于改进的经典夹层板理论利用波阻抗法研究了夹层板的临界频率。通过与文献中试验结果对比验证本文模型的准确性。通过数值算例研究了温度载荷、面密度、面板厚度、横向剪切刚度、内损耗因子及边界条件对传声损失的影响机理。通过夹层板模态密度参数在模型中引入了温度载荷影响,强调了温度载荷对夹层板临界频率及传声损失的影响。考虑夹层板对称变形,针对软芯夹层板热环境下的振动和声辐射特性进行理论建模。同时考虑对称和反对称变形利用哈密顿变分原理推导了热环境下夹层板的振动控制方程,通过自由振动分析得到了夹层板在热环境下的临界屈曲温度、固有频率和振型,利用模态叠加法和瑞利积分分别求得了夹层板受迫振动响应及辐射声场的声压级。分析了芯层泊松比、芯层厚度和温度载荷对夹层板固有频率的影响机理,研究了膨胀模态及温度载荷对夹层板振动和辐射声场声压级的影响。研究发现固有频率随温度升高而降低,低阶弯曲模态和高阶膨胀模态固有频率对温度变化比较敏感;膨胀模态使得振动响应反共振频率向低频移动;随温度载荷升高响应共振峰频率向低频移动,且由于阻尼随温度升高而增大导致响应峰值降低。该理论模型可以为热环境下夹层板的应用提供一定的指导作用。
二、复合材料层板的频散和声辐射特性研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、复合材料层板的频散和声辐射特性研究(论文提纲范文)
(1)双层粘接界面特性的空气耦合超声导波检测(论文提纲范文)
引言 |
1 双层介质导波传播数学模型 |
2 数值计算结果 |
3 实验 |
3.1 实验设备及方法 |
3.2 实验结果与讨论 |
4 结论 |
(2)声子晶体对变电站低频噪声调控机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 变电站噪声 |
1.2.1 噪声概述 |
1.2.2 低频噪声及其危害 |
1.2.3 变电站噪声特性 |
1.2.4 变电站噪声控制 |
1.3 声子晶体与声学超材料 |
1.3.1 声子晶体概述 |
1.3.2 声子晶体的研究现状 |
1.3.3 声学超材料概述 |
1.3.4 声学超材料的研究现状 |
1.4 研究的目的、意义和内容 |
1.4.1 目的和意义 |
1.4.2 研究内容 |
第2章 理论基础 |
2.1 声学理论基础 |
2.1.1 声的机理与声速 |
2.1.2 声的传播与波动方程 |
2.1.3 声压与声压级 |
2.1.4 声强与声功率 |
2.2 声子晶体理论基础 |
2.2.1 固体物理基础 |
2.2.2 弹性波波动理论 |
2.2.3 周期性理论 |
2.2.4 Bloch定理 |
2.2.5 带隙计算方法 |
2.3 弹性力学与有限元理论及其关系 |
2.3.1 弹性力学基础 |
2.3.2 有限元理论 |
第3章 变电站噪声及其等效声源模型 |
3.1 变电站噪声测量方法 |
3.1.1 声压法测量 |
3.1.2 声强法测量 |
3.1.3 振动法测量 |
3.2 变电站噪声布点方法 |
3.2.1 近场布点法 |
3.2.2 衰减布点法 |
3.3 变电站噪声实测及其特性 |
3.3.1 变电站噪声实测 |
3.3.2 变电站噪声频谱特性分析 |
3.3.3 变电站主要噪声源 |
3.4 变电站主设备等效声源模型 |
3.4.1 变压器等效声源模型的建立与研究 |
3.4.2 三相电抗器等效声源模型的建立与研究 |
3.5 本章小结 |
第4章 声子晶体的带隙及声传输损失特性分析 |
4.1 声子晶体的带隙特性 |
4.1.1 计算方法 |
4.1.2 带隙特性分析 |
4.2 声子晶体的声传输损失特性 |
4.2.1 计算方法 |
4.2.2 声传输损失特性分析 |
4.3 空腔声子晶体板的带隙与声传输损失特性分析 |
4.3.1 引言 |
4.3.2 材料与模型 |
4.3.3 结果与分析 |
4.3.4 结构参数的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 声子晶体降噪机理研究 |
5.1 动力减振降噪 |
5.2 动态质量密度 |
5.3 模态参与因子 |
5.4 振型位移分析 |
5.5 等效质量-弹簧模型 |
5.6 本章小结 |
第6章 混合声弹超材料的带隙与声振特性 |
6.1 引言 |
6.2 材料与结构 |
6.3 带隙特性 |
6.4 传输损失特性 |
6.5 减振与降噪机理分析 |
6.6 传输损失的影响因素 |
6.7 本章小结 |
第7章 前置径向膜声学超材料的带隙与声学特性 |
7.1 引言 |
7.2 材料与结构 |
7.3 带隙特性 |
7.4 声传输损失特性 |
7.5 降噪机理分析 |
7.5.1 膜的动态质量密度 |
7.5.2 板的等效质量-弹簧模型 |
7.6 声传输损失的影响因素 |
7.7 本章小结 |
第8章 声子晶体的工程应用探索 |
8.1 工程应用的普适性流程 |
8.2 变电站低频噪声控制工程 |
8.2.1 变电站噪声相关法律与标准 |
8.2.2 声子晶体在变电站的应用 |
8.3 本章小结 |
第9章 结论与展望 |
9.1 结论 |
9.2 创新点 |
9.3 未来研究工作的展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
攻读博士学位期间参加的科研工作 |
致谢 |
作者简介 |
(3)多层介质界面粘接特性的超声导波检测(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
1.1 选题背景与研究意义 |
1.2 超声导波检测法 |
1.2.1 导波法检测粘接结构原理 |
1.2.2 导波在国内外发展史 |
1.3 本论文的研究目的与研究内容 |
1.3.1 研究目的 |
1.3.2 研究内容 |
2 声波传播特性 |
2.1 声速 |
2.2 相速度和群速度 |
2.3 导波单层介质的传播 |
2.3.1 单层介质的频散方程的推导 |
2.3.2 单层介质频散方程的求解 |
2.4 本章小结 |
3 超声导波在双层粘接结构中的传播特性 |
3.1 粘接结构模型 |
3.2 粘接界面的弹簧模型 |
3.3 数值求解结果 |
3.4 介质厚度对频散曲线的影响 |
3.4.1 有机玻璃层厚度对频散曲线的影响 |
3.4.2 铝层厚度对频散曲线的影响 |
3.5 本章小结 |
4 超声导波有限元仿真 |
4.1 有限元软件简介 |
4.2 单层板模型的建立以及求解过程 |
4.2.1 模型建立 |
4.2.2 数学方程 |
4.2.3 网格划分 |
4.2.4 计算结果及分析 |
4.2.5 接触式超声导波单层板有限元仿真 |
4.3 双层粘接结构超声导波有限元仿真 |
4.3.1 完好界面接触式超声导波有限元仿真 |
4.3.2 完好界面空气耦合超声导波有限元仿真 |
4.3.3 缺陷界面空气耦合超声导波有限元仿真 |
4.3.4 不同位置缺陷界面空气耦合超声导波有限元仿真 |
4.4 本章小结 |
5 双层粘接结构超声导波实验 |
5.1 实验设备及材料 |
5.1.1 超声检测装置 |
5.1.2 超声换能器的选择 |
5.1.3 双层粘接结构制作 |
5.2 空耦超声导波双层板检测实验结果与讨论 |
5.3 本章小结 |
6 结论 |
致谢 |
参考文献 |
硕士研究生期间研究成果 |
(4)结构高频声振统计特性及能量辐射传递模型研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号说明 |
专业名词缩写 |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 统计能量分析(SEA) |
1.2.2 SEA的适用条件 |
1.2.3 振动传导法(VCA) |
1.2.4 VCA的适用条件 |
1.2.5 能量辐射传递法(RETM) |
1.2.6 RETM的适用条件 |
1.3 本文的主要工作 |
第2章 统计能量分析基本原理 |
2.1 引言 |
2.2 单振子系统的振动能量 |
2.3 连续系统的统计能量分析 |
2.3.1 简支梁的统计能量分析 |
2.3.2 四边简支正交各向异性矩形板的统计能量分析 |
2.3.3 封闭空间内均匀流体的统计能量分析 |
2.4 耦合系统的统计能量分析 |
2.4.1 耦合梁间的能量传递系数与耦合损耗因子 |
2.4.2 耦合板间的能量传递系数与耦合损耗因子 |
2.4.3 面内波在板边界处的能量传递系数 |
2.4.4 板与声腔子系统间的能量传递系数与耦合损耗因子 |
2.4.5 板的辐射比 |
2.5 算例: 声腔-板-声腔耦合系统 |
2.5.1 吸声系数 |
2.5.2 隔板的传声损失 |
2.5.3 传递矩阵法 |
2.5.4 耦合传递矩阵 |
2.5.5 边界条件 |
2.5.6 TMM求解透射、吸声系数 |
2.5.7 声振耦合响应估计 |
2.6 本章小节 |
第3章 能量辐射传递法 |
3.1 引言 |
3.2 一维结构的能量辐射传递模型 |
3.2.1 一维系统能量密度和功率流强度的核函数 |
3.2.2 弦振动 |
3.2.3 杆的纵向与轴向扭转振动 |
3.2.4 一维声腔系统 |
3.2.5 欧拉-伯努利梁的横向振动 |
3.2.6 层合梁的横向振动-铁木辛柯梁模型 |
3.2.7 一维系统边界虚源的确定 |
3.2.8 一维单一波场 |
3.2.9 一维耦合波场 |
3.3 算例: 一维系统的能量辐射模型的应用 |
3.3.1 管道消音器 |
3.3.2 欧拉-伯努利梁与铁木辛柯梁的高频振动对比 |
3.3.3 耦合欧拉-伯努利梁系统 |
3.4 二维各向异性系统的能量辐射传递模型 |
3.4.1 射线和波在均匀各向异性介质中的传播 |
3.4.2 域内任一点的能量密度和功率流强度 |
3.4.3 边界处的能量反射模型 |
3.4.4 自由边界及耦合边界处的能量平衡方程(边界虚源的确定) |
3.4.5 数值算法示例 |
3.4.6 辐射功率流强度的方向函数f(φ) |
3.5 算例: 二维系统的能量辐射模型应用 |
3.5.1 正交各向薄膜的高频振动响应及统计特性 |
3.5.2 汽车轮胎的统计特性研究及高频振动能量分析 |
3.5.3 各向异性薄板的统计特性研究及高频振动能量响应特性分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 高频振动结构应力估计 |
4.1 引言 |
4.2 欧拉-伯努利梁的高频振动应力估计 |
4.3 Kirchchoff薄板的高频振动应力估计 |
4.3.1 应力/应变和能量密度转换模型 |
4.3.2 RETM框架下的动态应力/应变估算模型 |
4.3.3 VCA框架下的动态应力/应变估算模型 |
4.4 算例:薄板的高频振动应力/应变估计以及相关统计性结果验证 |
4.5 本章小结 |
第5章 工作总结与研究展望 |
5.1 工作内容总结 |
5.2 工作创新点总结 |
5.3 研究展望 |
参考文献 |
附录A 自由场振动控制方程的空间傅里叶变换(κ-空间) |
A.1 定义空间傅里叶变换对 |
A.2 梁的κ-空间 |
A.3 薄膜的κ-空间 |
A.4 离散傅里叶逆变换法(IDFT) |
附录B 柯西留数定理(Cauthy's residue theorem) |
B.1 洛朗级数展开(Laurent expansion) |
B.2 若尔当引理(Jordam's lemma) |
附录C 驻定相位法(Stationary Phase Method) |
附录D 矩形活塞的声辐射(傅里叶变换解) |
附录E 频率响应函数(Frequency Response Functions) |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(5)基于声发射信号处理的风力机叶片损伤演化研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究的目的与意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 疲劳损伤演化研究现状 |
1.3.2 风力机叶片监测技术的发展与应用 |
1.3.3 声发射信号处理的研究现状 |
1.4 研究内容 |
第2章 GFRP复合材料疲劳损伤演化的理论基础 |
2.1 复合材料疲劳损伤力学 |
2.2 声发射能量耗散模型 |
2.2.1 疲劳损伤能量耗散理论 |
2.2.2 不同损伤阶段的能量耗散规律分析 |
2.2.3 声发射能量耗散半经验模型 |
2.3 声发射信号在复合材料中的传播 |
2.3.1 弹性应力波理论 |
2.3.2 Lamb波理论 |
2.3.3 非线性Lamb波频散控制方程 |
2.3.4 不同损伤程度对Lamb波的影响 |
2.4 本章小结 |
第3章 叶片主梁工艺缺陷损伤演化的AE信号特征分析 |
3.1 风力机叶片主梁的制造工艺缺陷 |
3.2 GFRP复合材料层合板声发射实验 |
3.2.1 试件制备 |
3.2.2 声发射监测系统 |
3.2.3 声发射实验方法 |
3.3 AE信号的K-means聚类分析 |
3.4 分层缺陷的声发射特征分析 |
3.5 褶皱缺陷的声发射特征分析 |
3.6 不同缺陷试件的损伤机制分析 |
3.7 本章小结 |
第4章 基于盲源分离的褶皱缺陷损伤演化特征提取 |
4.1 AE信号的盲源分离处理方法 |
4.1.1 褶皱缺陷AE信号的混叠特性分析 |
4.1.2 卷积混合模型 |
4.1.3 盲源分离性能指标改进方法 |
4.1.4 估计性能指标构造自适应步长函数 |
4.1.5 信号仿真分析 |
4.2 基于K-means聚类的欠定盲分离算法 |
4.2.1 K-means欠定盲分离算法 |
4.2.2 改进K-means聚类算法 |
4.2.3 信号仿真模拟 |
4.3 褶皱缺陷损伤演化的AE信号特征提取 |
4.3.1 疲劳试验和AE信号采集 |
4.3.2 AE信号的盲分离处理 |
4.3.3 微观形貌分析 |
4.4 基于声能耗散模型的褶皱缺陷损伤演化分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 分层缺陷损伤识别的时频分析方法 |
5.1 双线性时频分析方法 |
5.1.1 WVD时频分布原理及不足 |
5.1.2 WVD时频分布交叉项抑制 |
5.2 AVMD-WVD时频分析方法 |
5.2.1 VMD算法理论 |
5.2.2 VMD-WVD自适应改进方法 |
5.2.3 谱相关分析 |
5.3 疲劳实验与AE信号处理 |
5.3.1 实验数据采集 |
5.3.2 分解信号算法对比 |
5.3.3 AE频率特征对比与验证 |
5.3.4 分层缺陷损伤演化机理分析 |
5.4 微观形貌分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 基于神经网络的失稳状态识别和预测 |
6.1 BP神经网络概述 |
6.1.1 BP神经元基本原理 |
6.1.2 BP神经网络算法 |
6.1.3 BP神经网络的优势与不足 |
6.2 神经网络参数设置 |
6.2.1 神经网络学习速率 |
6.2.2 神经网络期望误差 |
6.2.3 神经网络激励函数选取 |
6.2.4 神经网络隐含层数设定 |
6.3 神经网络预测模型的建立 |
6.3.1 失稳破坏前兆特征提取 |
6.3.2 失稳破坏前兆预测模型 |
6.4 失稳破坏前兆识别与预测 |
6.4.1 实验数据采集 |
6.4.2 实验数据处理 |
6.4.3 预测结果分析 |
6.5 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论和创新点 |
7.2 展望 |
参考文献 |
在学研究成果 |
致谢 |
(6)基于激光超声的环氧树脂固化过程监测方法研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述 |
2.1 胶层固化监测的重要意义 |
2.1.1 环氧树脂及其固化过程 |
2.1.2 环氧树脂固化监测的意义 |
2.2 环氧树脂固化反应常用监测方法 |
2.2.1 差示扫描量热法 |
2.2.2 流变测试 |
2.2.3 热重法 |
2.2.4 光纤传感法 |
2.2.5 X射线检测法 |
2.3 超声技术在环氧树脂固化监测中的应用现状 |
2.3.1 超声监测的基本原理 |
2.3.2 超声监测的应用现状 |
2.4 激光超声检测技术的研究进展 |
2.4.1 激光超声技术的特点及应用 |
2.4.2 激光超声的激发方法 |
2.4.3 激光超声检测方法 |
2.5 信号处理方法 |
2.5.1 传统信号处理方法 |
2.5.2 时频分析方法 |
2.6 课题研究内容 |
3 激光超声检测系统及其光纤化设计 |
3.1 光折变晶体与双波混合干涉 |
3.1.1 光折变效应的基本原理 |
3.1.2 光折变晶体中的双波混合效应 |
3.2 双波混合干涉仪的光纤化设计 |
3.2.1 基于光纤结构的双波混合干涉仪 |
3.2.2 超声探测系统的参数优化 |
3.3 激光超声信号的激发及高速采集系统设计 |
3.3.1 激光超声激励系统 |
3.3.2 超声信号的高速采集系统 |
3.4 本章小结 |
4 双波混合干涉仪中光纤的耦合效率及色散分析 |
4.1 光纤的结构及参数 |
4.2 单模光纤的耦合效率分析 |
4.2.1 光纤耦合效率 |
4.2.2 位置偏差损耗 |
4.3 多模光纤的耦合效率分析 |
4.3.1 多模光纤的传输模式 |
4.3.2 空间光到多模光纤的耦合 |
4.3.3 多模光纤位置偏差对耦合效率的影响 |
4.4 光纤的色散及对超声检测的影响 |
4.5 本章小结 |
5 环氧树脂固化过程对超声特征参数的影响 |
5.1 激光超声监测环氧树脂固化的实验设计 |
5.2 超声波在复合结构内的传播规律研究 |
5.2.1 超声波的反射、透射及声阻抗计算 |
5.2.2 超声波在金属中的衰减及远场判定 |
5.2.3 超声波在环氧树脂中的衰减及频散 |
5.3 环氧树脂固化对超声特征参数的影响分析 |
5.3.1 环氧树脂固化对超声波速的影响 |
5.3.2 环氧树脂固化对声阻抗的影响 |
5.3.3 环氧树脂固化对超声波衰减及频散的影响 |
5.4 本章小结 |
6 基于激光超声的环氧树脂固化过程动态分析 |
6.1 超声特征参数的Kramers-Kronig关系 |
6.1.1 衰减系数与相速度的Kramers-Kronig关系 |
6.1.2 基于Kramers-Kronig关系的相速度及频散度计算 |
6.2 环氧树脂的固化度表征模型建立 |
6.3 环氧树脂的固化行为测试 |
6.3.1 基于超声时域方法的固化过程表征 |
6.3.2 环氧树脂固化过程的流变测试 |
6.3.3 差示扫描量热分析及固化度计算方法 |
6.3.4 超声特征参数对固化过程的敏感度分析 |
6.4 本章小结 |
7 结论与展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(7)邮轮舱室噪声预报、控制及私密性设计方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 课题相关研究发展现状 |
1.2.1 邮轮发展与舱室布置 |
1.2.2 船舶舱室噪声预报方法研究现状 |
1.2.3 船舶舱室噪声预报与控制技术研究现状 |
1.2.4 舱室私密性研究现状 |
1.3 本文研究内容与技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
1.4 本章小结 |
第2章 舱室噪声分析相关理论 |
2.1 统计能量分析 |
2.2 声学有限元 |
2.3 有限元-统计能量混合分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 舱室噪声预报与试验验证 |
3.1 船舶主要结构参数 |
3.2 主要噪声源 |
3.3 声学评估模型建立 |
3.3.1 船体板架结构建模 |
3.3.2 内装方案 |
3.3.3 船体有限元模型 |
3.3.4 舱室统计能量模型 |
3.4 噪声预报结果对比 |
3.5 本章小结 |
第4章 舱室噪声控制研究 |
4.1 舱室噪声源贡献量分析 |
4.2 噪声超标舱室控制方案 |
4.2.1 阻尼降噪 |
4.2.2 吸声隔声降噪 |
4.2.3 浮动地板降噪 |
4.3 典型空调房间降噪设计 |
4.3.1 典型空调房间噪声计算与分析 |
4.3.2 周期结构基本原理 |
4.3.3 周期结构降噪设计 |
4.4 本章小结 |
第5章 舱室私密性设计方法研究 |
5.1 典型舱室布置的私密性 |
5.2 舱室私密性影响因素 |
5.2.1 视觉因素 |
5.2.2 听觉因素 |
5.3 基于视觉因素的舱室私密性评价方法 |
5.4 基于听觉因素的舱室私密性评价方法 |
5.4.1 基于隔声量的舱室私密性评价方法 |
5.4.2 基于言语可懂度的舱室私密性评价方法 |
5.5 舱室私密性等级划分 |
5.6 舱室私密性主观感受调查方法 |
5.7 舱室私密性综合设计建议 |
5.8 本章小结 |
第6章 全文总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 创新点 |
6.3 全文展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
(8)声学超材料-声腔耦合系统振-声学特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 声学超材料振声学建模与带隙计算方法研究 |
1.2.2 声学超材料振声学特性与抑振隔声机理研究 |
1.2.3 声学超材料轻量化与新概念声学超材料设计 |
1.3 本文的研究内容 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
1.3.3 章节安排 |
第二章 声学超材料-声腔耦合系统振-声学特性能量解法 |
2.1 分析需求与建模思路 |
2.2 耦合系统的层级化能量泛函 |
2.2.1 单一元胞 |
2.2.2 有限结构 |
2.2.3 声固耦合 |
2.3 边界条件的施加与模型求解 |
2.3.1 周期边界条件 |
2.3.2 经典边界条件 |
2.3.3 系统模型求解 |
2.4 数值算例与结果分析 |
2.4.1 “单层板附加单共振单元元胞”算例 |
2.4.2 “含规则矩形声腔的耦合系统”算例 |
2.4.3 “含复杂异形声腔的耦合系统”算例 |
2.5 本章小结 |
第三章 声学超材料-声腔耦合系统的确定性振-声学特性 |
3.1 声学超材料-声腔耦合系统及其分析思路 |
3.1.1 典型耦合系统及分析思路 |
3.1.2 辐射声功率及声透射损失 |
3.2 “单板背腔”耦合系统的振-声学特性分析 |
3.2.1 模态分析与带隙设计 |
3.2.2 平板受到集中力激励 |
3.2.3 声腔受到点声源激励 |
3.3 “双板夹腔”耦合系统的振-声学特性分析 |
3.3.1 声透射损失分析与带隙设计 |
3.3.2 耦合系统隔声性能基本规律 |
3.3.3 耦合系统隔声性能增强策略 |
3.4 本章小结 |
第四章 声学超材料-声腔耦合系统的局部不确定性分析 |
4.1 不确定性分析的必要性与难点 |
4.2 局部不确定性量化与传递分析方法 |
4.2.1 区域分解与不确定性量化 |
4.2.2 局部摄动与不确定性传递 |
4.3 数值算例与结果分析 |
4.3.1 能带结构的不确定分析 |
4.3.2 频响函数的不确定分析 |
4.3.3 局域不确定性分析效率 |
4.4 本章小结 |
第五章 声学超材料-声腔耦合系统的振-声学试验研究 |
5.1 悬臂梁式共振单元设计与分析 |
5.2 “单板背腔”耦合系统试验分析 |
5.2.1 模型与试验设计 |
5.2.2 试验结果与分析 |
5.3 “双板夹腔”耦合系统试验分析 |
5.3.1 模型与试验设计 |
5.3.2 试验结果与分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 基于声学超材料的直升机驾驶舱降噪综合应用 |
6.1 面向舱室噪声控制的声学超材料设计指南 |
6.1.1 声学超材料的设计流程 |
6.1.2 局域共振单元设计原则 |
6.2 惯性放大悬臂梁式共振单元及其带隙特性 |
6.2.1 惯性放大悬臂梁式共振单元 |
6.2.2 共振频率的数值分析与验证 |
6.2.3 惯性放大共振单元带隙特性 |
6.3 基于声学超材料的直升机驾驶舱噪声控制 |
6.3.1 建模与噪声控制思路 |
6.3.2 附加普通悬臂梁式共振单元 |
6.3.3 附加惯性放大悬臂梁式共振单元 |
6.4 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 全文工作总结 |
7.2 论文主要创新 |
7.3 未来工作展望 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的论文、参与的项目 |
(9)复合夹层筋板结构声振特性分析及抑制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究的背景和意义 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 研究目的及意义 |
1.2 加筋板壳结构声振特性研究现状 |
1.3 夹层板壳结构声振特性研究现状 |
1.4 复合材料结构声振特性研究现状 |
1.5 板类结构声振抑制研究现状 |
1.6 本文研究的主要内容 |
第2章 热源环境下夹层板结构声振特性分析 |
2.1 引言 |
2.2 夹层板的几何构形和材料特性 |
2.3 热源环境下夹层板的振动控制方程 |
2.4 夹层板结构的振动声学响应 |
2.5 模型验证 |
2.5.1 热载荷下夹层板固有频率验证 |
2.5.2 夹层板声学模型验证 |
2.6 夹层板结构声振数值计算与讨论 |
2.6.1 结构参数对声学响应的影响 |
2.6.2 材料参数对声学响应的影响 |
2.6.3 均布载荷对声学响应的影响 |
2.6.4 温度载荷对声学响应的影响 |
2.7 本章小结 |
第3章 弹性地基下夹层筋板声振特性分析 |
3.1 引言 |
3.2 弹性地基下夹层板的振动控制方程 |
3.3 夹层筋板的振动控制方程 |
3.4 夹层筋板的振动声学响应 |
3.5 模型验证 |
3.5.1 点阵夹层板固有频率验证 |
3.5.2 点阵夹层筋板声学模型验证 |
3.6 夹层筋板结构声振数值计算与讨论 |
3.6.1 不同结构类型对声学响应的影响 |
3.6.2 材料损耗因子对声学响应的影响 |
3.6.3 不同夹芯类型对声学响应的影响 |
3.6.4 结构参数对热屈曲的影响 |
3.6.5 不同结构参数对声学响应的影响 |
3.6.6 不同弹性地基参数对声学响应的影响 |
3.6.7 不同温度载荷对声学响应的影响 |
3.7 本章小结 |
第4章 复合功能梯度板结构振动特性分析 |
4.1 引言 |
4.2 复合功能梯度板的几何构形和材料特性 |
4.3 复合功能梯度板的动力学方程 |
4.4 复合功能梯度板固有频率验证 |
4.5 复合功能梯度板数值结果与分析 |
4.5.1 结构参数和材料分布类型对弯曲特性的影响 |
4.5.2 铺设方式和层数对弯曲特性的影响 |
4.5.3 温度载荷和弹性地基参数对弯曲特性的影响 |
4.5.4 结构参数和材料分布类型对固有频率的影响 |
4.5.5 铺设方式和弹性地基参数对固有频率的影响 |
4.6 本章小结 |
第5章 外部流场作用下复合夹层筋板结构声振特性分析 |
5.1 引言 |
5.2 复合功能梯度板的振动声学响应 |
5.3 复合夹层筋板声学模型验证 |
5.4 复合夹层筋板结构声振数值计算与讨论 |
5.4.1 不同结构类型对声学响应的影响 |
5.4.2 不同材料分布类型对声学响应的影响 |
5.4.3 不同体积分数对声学响应的影响 |
5.4.4 不同铺设层数对声学响应的影响 |
5.4.5 不同铺设方式和角度对声学响应的影响 |
5.4.6 外部均匀流体对声学响应的影响 |
5.4.7 不同温度载荷对声学响应的影响 |
5.5 本章小结 |
第6章 复合夹层筋板结构声振抑制研究 |
6.1 引言 |
6.2 附加动力吸振器复合加筋板振动控制方程 |
6.3 复合夹层筋板结构声振抑制计算与讨论 |
6.3.1 动力吸振器参数对声学响应的影响 |
6.3.2 分布式动力吸振器对声学响应的影响 |
6.4 分布式动力吸振器声振抑制实验验证 |
6.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(10)复合材料夹层板结构热环境下声振特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究目的及意义 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 研究目的及意义 |
1.2 夹层板结构理论模型研究现状 |
1.3 夹层板模态密度研究现状 |
1.4 夹层板传声损失研究现状 |
1.5 热环境下结构声振特性研究现状 |
1.6 本文研究的主要内容 |
第2章 改进的经典夹层板理论模型 |
2.1 引言 |
2.2 夹层板振动控制方程 |
2.2.1 基本假设 |
2.2.2 振动控制方程推导 |
2.3 四边简支夹层板固有频率 |
2.4 模型验证 |
2.4.1 临界屈曲温度验证 |
2.4.2 固有频率验证 |
2.5 数值算例及分析 |
2.5.1 临界屈曲温度 |
2.5.2 固有频率 |
2.5.3 芯层面内模量对固有频率影响 |
2.5.4 温度载荷对固有频率的影响 |
2.6 本章小结 |
第3章 基于改进理论的夹层板模态密度研究 |
3.1 引言 |
3.2 不考虑边界影响的模态密度公式 |
3.2.1 基于改进的经典夹层板理论的模态密度公式 |
3.2.2 Clarkson及Renji公式 |
3.3 考虑边界条件的模态密度公式 |
3.4 数值仿真及分析 |
3.4.1 模型验证 |
3.4.2 铺设角度对模态密度的影响 |
3.4.3 芯层面内刚度对模态密度的影响 |
3.4.4 横向剪切刚度对模态密度的影响 |
3.4.5 边界条件对模态密度的影响 |
3.4.6 温度载荷对模态密度的影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 基于统计能量分析的夹层板传声损失计算 |
4.1 引言 |
4.2 三子系统统计能量分析模型 |
4.2.1 模态密度 |
4.2.2 内损耗因子 |
4.2.3 耦合损耗因子 |
4.3 传声损失 |
4.4 临界频率 |
4.5 数值仿真及分析 |
4.5.1 模型验证 |
4.5.2 共振和非共振传输 |
4.5.3 温度载荷对临界频率和传声损失的影响 |
4.5.4 面密度对临界频率和传声损失的影响 |
4.5.5 面密度不变面板厚度对临界频率和传声损失影响 |
4.5.6 横向剪切刚度对临界频率和传声损失的影响 |
4.5.7 内损耗因子和边界条件对传声损失的影响 |
4.6 本章小结 |
第5章 软芯夹层板声振特性研究 |
5.1 引言 |
5.2 振动控制方程 |
5.2.1 基本假设 |
5.2.2 振动控制方程推导 |
5.3 自由振动分析 |
5.4 声振响应分析 |
5.5 模型验证 |
5.5.1 固有频率验证 |
5.5.2 结构响应及辐射声场声压级验证 |
5.6 数值仿真及分析 |
5.6.1 芯层泊松比对固有频率的影响 |
5.6.2 芯层厚度对固有频率的影响 |
5.6.3 温度载荷对固有频率的影响 |
5.6.4 膨胀模态对结构振动响应及声压级的影响 |
5.6.5 温度载荷对结构响应及辐射声压级的影响 |
5.7 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
附录 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
四、复合材料层板的频散和声辐射特性研究(论文参考文献)
- [1]双层粘接界面特性的空气耦合超声导波检测[J]. 王兴国,刘红伟,李晓高,黄志诚,范跃农,刘阳. 振动.测试与诊断, 2022(01)
- [2]声子晶体对变电站低频噪声调控机理研究[D]. 郭兆枫. 华北电力大学(北京), 2021(01)
- [3]多层介质界面粘接特性的超声导波检测[D]. 刘红伟. 景德镇陶瓷大学, 2021(12)
- [4]结构高频声振统计特性及能量辐射传递模型研究[D]. 钟强. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]基于声发射信号处理的风力机叶片损伤演化研究[D]. 张亚楠. 沈阳工业大学, 2020
- [6]基于激光超声的环氧树脂固化过程监测方法研究[D]. 张彦杰. 北京科技大学, 2020(01)
- [7]邮轮舱室噪声预报、控制及私密性设计方法研究[D]. 黄进安. 武汉理工大学, 2020(08)
- [8]声学超材料-声腔耦合系统振-声学特性研究[D]. 米永振. 上海交通大学, 2019(06)
- [9]复合夹层筋板结构声振特性分析及抑制研究[D]. 付涛. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [10]复合材料夹层板结构热环境下声振特性研究[D]. 韩敬永. 哈尔滨工业大学, 2016(02)