浮力材料和橡胶格栅夹层板振动响应试验对比研究

[目的]为探究芯材对格栅夹层板振动的影响规律,[方法]以格栅夹层板为研究对象,通过试验对比浮力材料格栅夹层板和橡胶格栅夹层板在不同状态下的振动响应差异,重点分析芯材对两型板抑振效果的影响。[结果]结果表明,空气中浮力材料格栅夹层板在中低频段(0～1 000 Hz)内的振动响应较低,橡胶格栅夹层板在高频段(1 000～3 000 Hz)内的振动响应较低;水中由于附加质量及附加阻尼效应的影响,夹层板体质量和芯材阻尼因素对板振动响应的影响程度被弱化,夹层结构的整体及板格局部弯曲刚度成为主导性影响因素,浮力材料格栅夹层板在全频段(0～3 000 Hz)内的振动响应均低于橡胶格栅夹层板的。[结论]为降低振动响应,格栅夹层板芯材的刚度应接近格栅的刚度;此外,芯材密度越小,阻尼越低,格栅夹层板在空气中和水中的振动响应差异就越大。     

不同筋材对复合材料加筋板水中透声性能影响试验研究北大核心CSCD

[目的]为探索使用复合材料筋材替代钢质桁架的可行性,针对加筋板近场声散射特性,提出复合材料筋材设计方案,并开展相关试验研究。[方法]首先,基于水声材料测试标准建立加筋板透声性能试验方案;然后,通过消声水池自由场标定及扁钢与钢质桁架的透声性能对比,验证试验环境与试验条件的可行性;最后,通过试验分析正入射与斜入射条件下加筋板的透声性能规律。[结果]结果表明:在正入射与斜入射条件下,加筋板的透声性能规律基本相同,其透声性能依次为裸板>钢质桁架>复合材料帽型加筋板;复合材料筋材的透声性能受入射面横截面积的影响较大,横截面积越小的加筋板其透声性能越优。[结论]研究结合试验分析探索了未来研制高透声复合材料加筋板的方向,即在保证弯曲刚度相等的前提下,复合材料筋材应尽量采用镂空结构形式,并尽可能降低其入射面横截面积;另在设计筋材时应尽可能减少材料使用的种类,以减少筋材中不同材料界面的数量。     

初应力状态下夹芯复合材料曲梁面板的局部振动的理论分析

在船舶领域,以复合材料层合面板及泡沫芯材组成的夹芯复合材料板梁结构已大量应用在游艇及复合材料高速艇上.文章研究了受初始静载荷作用下夹芯复合材料曲梁的面板的局部自由振动问题,并给出一种相应的理论分析方法.文中通过将芯材简化为Winkler弹性地基,将面板简化为一复合材料曲梁,从而使所研究问题蜕化为有初始静载荷作用下弹性地基上任意曲梁的固有振动问题.在局部振动位移是基于初始静载平衡位置并与初始位移相比是小量的假定的基础上,根据能量原理推导出面板的运动方程.研究的结果表明,该面板的局部振动不只取决于面板的弯曲刚度和长度,以及芯材的弹性刚度,也在很大程度上取决于梁的曲率及面板所受到的初始轴向压力.     

正交加筋复合材料夹层板弯曲问题求解

正交加筋均质芯材基于一阶剪切变形理论,并采用δ函数描述其非连续性,复合材料面板采用Kirchhoff薄板假设,以面板面内位移和结构整体横向位移为响应函数,通过能量原理推导了正交加筋芯材复合材料夹层板的静力学平衡方程。考虑四边简支边界条件,采用双傅立叶级数位移函数求解了正交各向异性复合材料面板正交加筋均质芯材夹层板受均布载荷作用的弯曲响应,通过将夹层板的位移和应力响应与有限元计算结果进行对比,验证了文中求解方法的正确性。     

芯板可压缩的夹层加筋板固有频率分析

推导了一种考虑芯板垂向压缩变形影响的双向加筋的约束阻尼夹层板有限元单元.其中,夹层板面遵循Mindlin一阶剪切变形理论的假定;芯板采用基于厚板理论的非线性位移模式, 各向位移沿板厚成抛物线分布, 并考虑了芯板的横向压缩变形;加强筋采用Timoshenko梁模型,考虑了其剪切变形的影响.根据层间位移连续和板、梁位移连续假设,将芯板和加强筋的位移用上下面板位移表示,推导了相应的位移应变关系, 继而根据Hamilton原理建立了控制方程.数值计算结果表明约束阻尼夹层加筋板有限元单元的推导是正确的;在约束阻尼夹层加筋板的固有频率研究中,考虑夹层板芯层的垂向压缩变形的影响是必要的.还讨论了芯板和加强筋的各个参数对板固有频率的影响.     

U型折叠式夹层板防护性能数值仿真分析

开展夹层板单元防护性能研究可为舰船防护结构设计提供指导。以某船底加筋板架为应用对象,设计出U型折叠式夹层板结构;利用MSC.Dytran对船底板架及夹层板结构在水下爆炸冲击载荷下的动态响应进行数值仿真分析,通过分析流-固耦合压力、损伤变形、速度、加速度、结构塑性吸能等性能参数,对比研究两结构的防护性能;分析夹层板在不同冲击强度下的损伤特性,面板厚度、夹芯板厚、夹芯与面板夹角、夹芯单元宽度、夹芯高度等结构参数对夹层板损伤变形、结构吸能等特性的影响。通过研究得到了U型夹层板在水下爆炸冲击载荷下的损伤特性、变形模式等,U型夹层板的防护性能明显优于传统加筋板架,夹芯层在夹层板抵抗水下冲击载荷中起到关键作用,结构参数对防护性能产生不同程度的影响。     

不同加筋形式对结构声辐射性能的影响

本文基于统计能量法分析了横向加筋板,纵向加筋板,斜加筋板,圆心在板角的圆弧形加筋板,圆心在板中轴的圆弧形加筋板,正交加筋板等六种不同加筋形式板在100Hz至1000Hz内的声辐射特性,研究表明正交加筋板的平均辐射声压级要低于另外五种形式的加筋板.研究了两类改变加强筋间距的横向加筋板的声辐射性能,研究表明对于固定左侧的一根加强筋改变加强筋间距,随着加强筋间距的增大,辐射声压级先增大后减小,而对于板中线为基准改变加强筋间距,对辐射声压级影响不大.最后,本文研究加筋板在主机舱中的实际应用,建立了三种主机舱模型,分析模型的声辐射特性,研究表明复合加筋形式的主机舱辐射声压级最小,相对于无加筋形式,要低4~5dB左右.     

基于数值方法求解的周期加筋板声振特性研究

为了研究周期加筋板的声振特性,在文献所建立的周期加筋板声振理论耦合方程解析表达式的基础上,先给出一种便于编程的数值求解方法,然后研究加强筋间距对周期加筋板声振特性的影响规律。数值结果表明:周期加筋板的横向位移谱中存在3个特征区域;随之加强筋间距增加,周期加筋板的声振特性将趋于平板特性,远场辐射声压(SPL)曲线会向低频段偏移。     

声学黑洞加筋板结构的声振特性分析

基于声学黑洞与加强筋这两种结构设计出声学黑洞加筋板,通过建立声学黑洞加筋板、加强筋的有限元模型,对两种结构的声辐射特性、振动能量分布与传递特性开展研究。仿真结果表明：在高于截止频率时声学黑洞加筋板的辐射声功率级比普通加筋板降低8～20 dB,由于敷设的局部阻尼使聚集在声学黑洞区域的振动能得到有效的耗散,因此其振动水平下降明显且与声场耦合变弱;通过分析振动能量分布特性验证了声学黑洞加筋板结构大部分动能聚集在声学黑洞区域,减弱整体结构的振动水平;振动传递特性揭示了声学黑洞加筋板受声学黑洞聚能与加强筋阻振的叠加效应,相比于普通加筋板,声学黑洞加筋板具有更优的减振降噪性能。     

船舶加筋板轻量化设计研究

加筋板作为船舶中的基本结构单元,对其进行合理地轻量化设计研究并推广到全船可有效减少钢材消耗,降低制造成本。采用有限元软件,对加筋板的力学特性和振动特性进行分析,结合拓扑优化和尺寸优化方法,开展加筋板结构轻量化与振动的协同设计。根据优化结果重新设计梯形式的加强筋结构,并对比分析新型板材特性变化情况,验证优化结果的有效性,并讨论梯形加强筋底角大小对板材特性的影响。最终在保证其适用性的前提下,实现了加筋板减重19.2%。     

船舶加筋板轻量化设计研究

加筋板作为船舶中的基本结构单元,对其进行合理地轻量化设计研究并推广到全船可有效减少钢材消耗,降低制造成本。采用有限元软件,对加筋板的力学特性和振动特性进行分析,结合拓扑优化和尺寸优化方法,开展加筋板结构轻量化与振动的协同设计。根据优化结果重新设计梯形式的加强筋结构,并对比分析新型板材特性变化情况,验证优化结果的有效性,并讨论梯形加强筋底角大小对板材特性的影响。最终在保证其适用性的前提下,实现了加筋板减重19.2%。     

浸水板式结构的动力特性与声辐射特性数值分析

以镶嵌在无限大刚性障板上的板和板加筋结构为研究对象,应用Rayleigh积分计算得到流体对结构的加载效应以附加质量的形式,叠加到有限元离散的结构动力方程中进行耦合.针对附加质量矩阵不对称的特点应用Lanczos-QR算法求取非对称阵的广义特征值和特征向量问题,基于结构表面振速计算声功率,并基于能量的概念计算声辐射阻尼.研究分析了流体可压缩性、附加质量计算频率、板厚以及加筋方式对板式结构的振动特性影响,和流体特性、激励位置、板厚、加筋方式、边界条件对板式结构的声辐射特性影响,为板和板加筋结构振动噪声预报提供了一定依据.     

爆炸载荷作用下单向加筋板的塑性动力响应分析

从加筋板面板以及加强筋的运动方程出发,分析了爆炸载荷作用下单根加筋固支方板的大挠度塑性动力响应。分析表明:加筋板的运动,取决于加强筋的相对刚度以及载荷峰值的大小,将呈现出3种不同的模式。研究仅限于讨论加筋板的总体变形模式,具体讨论了单向加筋固支方板在忽略弯矩影响下的薄膜解法。得到的理论结果与已有的试验结果在多数情况下符合良好,表明简化理论分析方法能对爆炸载荷下单向加筋固支方板的永久变形做出较为合理的预报。     

船上含敷料板与加筋结构的固有振动特性研究

本文对含敷料板的低阶模态振动特性进行了研究,将敷料与基板处理为层合板模型,采用基于Mindlin假设的4节点板单元对含敷料结构进行数值模拟,得到系统固有振动特性.为了研究敷料结构系统固有频率的合适计算方法,构造了不同基板厚度和不同敷料厚度,分别采用层合模型和敷料层等效质量的简化方法进行了结果对比.在相应计算例题中,对3种基板厚度和5种敷料层厚度共计15个敷料铺层试件进行了振动测量,并与数值模拟结果进行对比.针对不同铺设厚度的敷料板与加筋板,分别采用敷料质量等效模型和层合板模型,给出了不同计算模型的振动特性计算误差,为工程上选择敷料层振动特征计算方法提供了依据.     

砰击载荷下轻质波纹夹芯夹层板动力响应特性分析

文章对轻质波纹夹芯夹层板(Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates,LWCCSP)在不同入水速度下(1-6 m/s)的流-固耦合非线性动力学行为进行了分析。建立了气—液—固三相数值模型,通过显式动力求解获得了轻质波纹夹芯夹层板砰击压力的分布特点及结构变形规律,并与同等质量的加筋板在流固砰击下的非线性力学行为进行了对比,并研究了轻质波纹夹芯夹层板主要设计参数对其砰击响应的影响。研究结果表明,轻质波纹夹芯夹层板较同等质量的加筋板表现出更好的抗砰击性能;下面板厚度、芯层厚度的增加在一定范围内可以有效提高轻质波纹夹芯夹层板的抗砰击性能。     

基于一阶zigzag理论的软芯复合夹层板冲击载荷下的动态响应分析（英文）

本文提出一种简化的用于求解软芯复合材料夹层板的一阶zigzag理论模型，该模型能精确求解外载荷作用下软芯复合材料夹层板的静态和动态响应。软芯复合材料夹层板的上下面板采用一阶剪切变形理论，芯材运用线性函数模拟横向和面内位移。模型充分考虑芯材厚度方向的应力和应变，能很好满足横向剪切应力和位移界面边界条件。基于此模型，运用Newmark法求解控制方程分析冲击载荷作用下简支软芯复合夹层板的动态响应，将提出的一阶zigzag理论模型与公开发表的文献结果进行了准确性对比验证。在验证的基础上进行了一系列的参数研究，并详细研究了各种参数对夹层板动态响应的影响。计算结果能为船用软芯复合材料夹层板提供理论设计指导。     

含损伤加筋板结构声辐射模态变异研究

本文采用声辐射模态的有关理论,用结构的声辐射模态参数来表征结构本身的固有声辐射特性.以加筋板结构为例,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的声辐射模态.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用K8chanov理论,引人了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及声辐射模态的影响.文章建立了一种含损伤结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

正交加筋板中板梁耦合动力特性北大核心CSCD

[目的]旨在探究正交加筋板中板梁构件的动力耦合关系及其对正交加筋板本征动力特性的影响机理和影响规律。[方法]以不同弯曲刚度比的正交加筋板模型为研究对象,采用有限元法计算自由边界和固支边界下正交加筋板模型的固有频率及振型,通过分析正交加筋板模型的固有频率及振型随板梁弯曲刚度比的变化规律,探究正交加筋板中加强筋与平板两种构件间的动力耦合特性。[结果]研究表明,在板梁构件弯曲刚度变化过程中,正交加筋板主要表现为板类动力特性为主导和板梁耦合动力特性两种形式。得到了这两种形式转变过程中的临界板梁弯曲刚度比及其判据。[结论]板梁动力耦合现象对固有频率的影响主要表现为改变固有频率随弯曲刚度比的变化速率,对固有振型的影响主要表现为使板类振型产生错位分布和形态畸变。     

加筋板结构振动声强可视化研究

基于结构声强法研究了加筋板结构振动能量的传输、分布和耗散特性。首先介绍结构声强分量的计算和声强可视化的相关理论,以及系统功率输入和输出的计算公式。在数值算例中,利用有限元法对3种常见的加筋板模型进行了简谐集中力作用下的响应计算,然后通过编制Matlab程序计算结构声强分量,并进行结构噪声源的定位,实现能量传输和衰减的可视化。同时针对不同的加筋形式对能量传递路径的影响也进行了讨论。研究了不同加筋板阻尼器能量耗散特性。最后以舰船平台板架为例揭示了结构声强技术在舰船振动设计中的应用价值。     

阻尼处理多向加筋板的振动响应及声辐射

针对三种加强筋且横向加强筋为大小两种不同结构的典型加筋船板,考虑船板的弯曲振动,并计及船板内侧敷设粘弹性阻尼材料的阻尼处理和船板外侧重流体作用力,借助无限大板理论和经典波动法,建立了解析数学模型,导出了加筋船板在宽频单位力作用下的振动响应和远场水声辐射计算方法.通过典型实例的数值计算,讨论了小筋、阻尼等主要设计参数对辐射效果的影响.本文的研究成果对水声学工程设计有一定的指导价值.