不同形状质量块的声学超材料结构隔声特性研究

随着对舰船声隐身性能要求的不断提高,舰船隔声材料不仅要轻质还应具有优良的隔声性能。夹层板结构具有轻质,且在高频段具有良好的隔声性能,但其在中低频段隔声性能不是很理想。薄膜型声学超材料结构具有良好的低频带隔声性能,因此本文将薄膜型声学超材料引入传统蜂窝夹层板结构中,设计新的超材料蜂窝夹层板结构。通过数值方法对不同形状质量块超材料结构的隔声特性进行分析,并探讨蜂窝边框形状、质量块大小以及薄膜预应力对米字形质量块超材料结构隔声特性的影响。     

变厚度薄膜型声学超材料单胞的隔声性能数值研究

在船舶舱室中,结构振动引起的噪声有着低频、宽带的特点。常规的低频噪声,其隔声控制受到质量定律的约束,需要更为质密宽厚的材料。而基于一定设计的薄膜型声学超材料是一种单胞在几何尺寸上远小于声波波长的周期性材料,可以在某些低频频段下实现完全隔声。以往研究多讨论了等厚度的薄膜,对表面形状也呈周期性变化的变厚度薄膜研究甚少。本文利用商用有限元软件Ansys和Virtual. Lab Acoustic数值计算变厚度薄膜型声学超材料单胞的工作频率,并模拟单胞的驻波管实验。研究了变厚度薄膜型声学超材料单胞隔声性能随结构参数(包括质量块质量、薄膜厚度以及薄膜张力)的变化规律,为薄膜型声学超材料在船舶降噪方面的设计与应用提供参考依据。     

V型夹层板声学结构优化设计研究

基于有限元方法对V型夹层板结构的水下声辐射性能进行了数值模拟研究。在保证结构质量不变的前提下,改变夹芯层单元尺寸,进行声学性能分析,寻找最优尺寸,得出如下结论:在低频段,V型夹层板的辐射声压随单元边长的增加而增加,随单元厚度的增加先减小再增大;在高频段,结构的辐射声压随边长和厚度的增大都减小;单元角度的变化对V型夹层板水下声辐射影响不大,但从整个频段上来说,存在一个最优的夹角使其声学性能最好。该研究对V型夹层板的声学优化设计具有一定的参考价值。     

船用聚氨酯蜂窝板的隔声特性研究

聚氨酯作为一种优异的材料近年来被广泛应用,利用夹层板这种特殊的结构形式,基于传统船用加筋板,通过等质量原理,设计了不同开孔形式的船用聚氨酯蜂窝板,利用声学边界元的方法对其隔声性能进行有限元仿真研究.同时分析面板厚度、夹层高度和夹芯壁厚等因素对聚氨酯蜂窝板隔声性能的影响规律,结果表明六边形孔的蜂窝板隔声性能略差,其他开孔...     

四边形蜂窝夹层板的优化设计分析

夹层板结构是近代发展起来的一种比较先进的结构形式,具有比强度高、比刚度大等特点。以某舰船中部双层船底一个纵桁和肋板间距的船底板架单元为基础,在保证夹层板总质量、主尺寸与原板架相同的前提下,建立一系列夹层质量不同的四边形蜂窝夹层板模型。利用仿真算法,从结构损伤、能量吸收的角度分析其抗爆与抗冲击性能。对四边形蜂窝夹层板进行优化分析,得到一种优化模型。     

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。     

四边形蜂窝夹层板声学结构优化设计研究

论文以某舰船的双层底板架单元为基础,在保证夹层板总质量和主尺寸与原板架相同的前提下,建立36种不同尺寸的四边形蜂窝夹层板模型,利用仿真算法进行声学性能分析,得出以下结论:随着夹层单元边长的变化,声辐射功率级先增高后降低,存在着一个最大值;夹层比例的增大使声辐射功率级有所降低,但会引起更多的共振峰。该研究对四边形蜂窝夹层板的声学优化设计具有一定的参考价值。     

复合隔声结构声学性能研究综述

复合隔声结构在船舶舱室壁板、船舶海洋平台舾装和机械设备等隔声领域应用广泛,文章对复合隔声结构的理论模型相关研究文献进行了总结,综述了包括复合层合板、多层板腔、阻尼材料、声学超材料及结构、吸声材料及结构等复合隔声结构的声学性能与应用,同等面密度的复合隔声结构与传统隔声结构的隔声量相比可提高4 dB以上。与此同时,展望了复合隔声结构的发展趋势和技术难点,为复合隔声结构设计和相关性能的研究及应用提供了参考。     

轻质夹层结构复合材料的制备及性能

为减轻以往夹层结构复合材料的密度,采用高强玻璃钢材料作为表层、多种空心玻璃微珠填充聚氨酯改性环氧树脂合成的轻质吸声材料作为芯材,制备了一种新型的轻质夹层结构复合材料,对夹层复合材料的制备工艺进行设计,并研究其水声性能和力学性能。结果证明,以南京玻纤院的S2高强织物采用真空成型合成的玻璃钢作为表层材料和轻质聚氨酯改性环氧树脂材料作为芯材来制作的夹层结构复合材料具有重量轻、水声性能和力学性能优良的特点,在降低夹层结构复合材料重量的同时,具有良好的声隐身性能和承载性能,更有利于工程应用。     

蜂窝式夹层板结构单元的防护性能分析

基于某舰船的船底板架,设计出了四边形蜂窝夹层板结构单元,比较分析了船底板架、等效平板、夹层板在典型工况(炸药量500 kg,爆距15 m)水下爆炸冲击波载荷作用下的损伤变形、结构位移、吸能及运动响应,同时对比分析不同冲击因子下3种结构的防护性能。分析表明,夹层板在水下冲击波作用下的最大变形是船底板架的2/3~1/3处,一定程度上改善了冲击环境,具有优越的防护性能。     

一种薄板声子晶体的低频隔声特性研究

本文系统研究了一种薄板声子晶体的低频隔声特性,薄板声子晶体由单层均质薄板和正方周期的支撑框架构成。首先,通过有限元方法研究薄板声子晶体的隔声特性和声振模态;进一步分析原包周期、薄板厚度等参数对隔声特性的影响规律;研究结果表明薄板声子晶体在低频段(100～400 Hz)具有很好的隔声特性,尤其在设计的共振频率315 Hz,相对于同质量的单层均质板,隔声量提升了约9 dB。其次,利用3D打印技术制作了试验样件并进行隔声性能测试,试验结果与理论计算结果吻合的很好。该研究为轻质隔声材料设计及低频噪声控制提供了很好的技术支撑。     

冰撞载荷下Ⅰ型夹层板抗冲击性能研究

夹层板结构以其优异的耐腐蚀性能、高比强度、高比刚度等优点,广泛应用于修船、造船领域。本文以船用I型金属夹层板为研究对象,采用理论与数值方法研究冰撞载荷作用下夹层板的抗冲击性能。提出了适用于I型金属夹层板和冰碰撞问题的冰体材料模型,并对该材料模型进行验证,得出本文的仿真结果与ISO理论曲线及试验数据结果吻合较好,证明该冰体材料模型可以应用于夹层板和冰碰撞问题的数值仿真中。同时,将其应用于冰体和夹层板的碰撞仿真中,对比了传统板架结构与金属夹层板在冰载荷作用下的碰撞力和能量吸收,研究不同的夹层板撞击位置以及冰体形状对夹层板结构的抗冲击性能的影响,为新型夹层板结构的应用提供参考。     

水面舰船声学特性的类比及其评价

传统的水面舰船声学设计评价方法在应用上存在着局限性，为进一步发展和完善，通过对总声级声学特性类比、声频范围和超声频段声学特性、实船检测声学特点和实船声隐身战术技术要求制订等进行广泛论述与类比探讨的基础上，指出了现有方法在总声级确定、声学特性预报和实船检测等方面的不足，提出了较为合理的水面舰船声学特性的类比及其评价方法，即以特定频段的线谱分析来评定其声学性能。     

蜂窝夹层板的优化设计分析

夹层板结构是近代发展起来的一种比较先进的结构形式,具有比强度高、比刚度大等特点。为优化夹层板的抗冲击性能,以某船底部板架单元为基础,在保证夹层板总质量和主尺寸与原板架相同的前提下,建立4组六棱柱蜂窝夹层板模型,其中每组夹层板的夹层质量各不相同。首先利用有限元软件ABAQUS模拟夹层板在冲击波载荷作用下的响应,对比夹层板的结构损伤并筛选出每组中结构损伤最小的夹层板板型,然后从能量吸收的角度分析夹层板的抗爆抗冲击性能,得到一种优化的夹层板模型。     

声隐身超材料发展综述

随着声呐技术逐步实现低频探测等特点,声隐身技术的发展面临巨大挑战。声学超材料是一类具备超常物理特性的人工复合材料,可以实现小尺寸结构对大波长(低频)声波传播的抑制。从减隔振、吸隔声以及声目标强度3个方面分析声学超材料的特性,探讨声学超材料用于水下航行器声隐身的前景。与传统材料相比,声学超材料在降低水下航行器低频辐射噪声,牵引新型声隐身技术的发展方面有着广阔的应用前景。     

高性能碳泡沫在纤维增强塑料船体中的应用

夹层结构是FRP/CM(纤维增强塑料)舰船的一个重要发展方向。为适应采用夹层结构高速舰船发展的需要,近年来已开发了多种轻质高性能结构芯材。但现有的结构芯材没有电磁屏蔽性,在舰船的某些特殊应用方面受到限制。本文介绍的这种高性能碳泡沫材料除了具有结构芯材已有的优点,还具有电磁屏蔽性和更高的强度。     

V型折叠式夹层板改进设计及抗冲击性能数值分析

以金属基折叠式夹层板为研究对象,对传统夹层板结构进行改进,设计一种改进的V型夹层板结构。应用ABAQUS有限元软件分析空爆载荷作用下改进的V型夹层结构的损伤变形机理和能量吸收机制,与传统夹层板进行比较,结果表明,改进的V型夹层结构与传统夹层板的变形量基本相等,但其吸能能力明显高于传统夹层板,表现出良好的抗冲击性能。     

Flexural wave bandgap and isolation characteristics of vibration and sound in periodic sandwich plates北大核心CSCD

[目的]旨在研究轻质夹芯板弹性波的传播规律与减振降噪机理。[方法]采用有限元方法结合布洛赫定理,对周期性夹芯板色散关系与弯曲波带隙特性进行研究,分析振动传输特性和声传输特性,研究轻质夹芯板减振降噪特性,并对轻质夹芯板振动传递衰减特性进行实验验证。[结果]研究结果表明,由于布拉格(Bragg)散射调制作用,轻质夹芯板在特定频段存在弯曲波带隙,弯曲振动带隙频率范围内具有良好的减振降噪效果。[结论]轻质夹芯板结构参数对弯曲波带隙具有显著的调节作用,为舰船结构振动噪声控制与声隐身设计提供了新的技术途径。     

隔声去耦瓦抗冲击性能数值研究

在水下结构表面敷设隔声去耦材料是应用最广泛也是非常有效的一种提高水下航行器隐身性能的方法。但由于隔声去耦瓦含有空腔的特殊结构形式,该空腔结构形式在受到爆炸冲击波时,腔体将产生变形并吸收能量,这必然会对水下航行器的抗冲击性能产生影响。基于有限元法,通过改变敷设在结构表面的隔声去耦瓦性能参数（包括空腔结构形式、空腔尺寸及材料厚度等）,采用ABAQUS大型非线性动力学分析软件,对隔声去耦瓦空腔结构变形与冲击波能量吸收之间的关系进行了研究,得到了隔声去耦覆盖层空腔结构变形、速度及加速度与冲击波能量吸收之间的关系,并在此基础上,给出兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计建议。结果表明在声学覆盖层满足结构减振降噪要求情况下,建议尽量减小声学覆盖层的腔体形状。     

负泊松比超材料隔振基座的实船应用分析

探索负泊松比超材料隔振基座在实船中主机减振应用。通过数值计算方法,分别对内六角蜂窝型与星型超材料结构隔振基座的力学性能进行分析,并在整船有限元计算中对比分析了隔振基座的隔振性能。研究表明,负泊松比超材料隔振基座的静力学性能与传统基座类似,隔振性能相比传统基座有明显提升,可以实现船用主机低中频段的隔振和主机基座设计的轻量化。