轻质板壳结构设计的振动和声学基础

前言

第1章 绪论

1.1 研究背景和依据

1.2 研究思路及研究内容

1.2.1 研究目标及研究思路

1.2.2 研究内容及结构安排

第2章 轻质夹层板壳结构的制备工艺

2.1 蜂窝结构层芯轻质结构

2.2 波纹加筋板层芯轻质结构

2.3 PMI泡沫层芯轻质结构

2.4 复合结构层芯轻质结构

2.5 三维点阵结构层芯轻质结构

第3章 轻质板壳结构振动和声学性能的研究概况

3.1 声辐射及传声损失定义

3.2 国内外研究进展

3.2.1 单层加筋板壳结构

3.2.2 中间为空腔的双层板壳结构

3.2.3 层芯为各向同性/异性/黏弹性材料的三明治夹层板

3.2.4 层芯为加筋板的三明治夹层板壳

3.2.5 层芯为多孔泡沫材料或蜂巢结构的三明治夹层板

3.2.6 外部流场作用下板壳结构的声振耦合性能

3.2.7 轻质板壳结构优化设计及主被动控制

3.3 总结评论

第4章 有限大双板空腔结构声振耦合特性的理论与实验研究

4.1 引言

4.2 简支双板空腔结构的声振耦合特性

4.2.1 简支声振耦合理论模型及求解

4.2.2 能量描述

4.2.3 数值结果收敛性检验

4.2.4 简支理论模型验证

4.2.5 空气腔厚度的影响

4.2.6 板平面结构尺寸的影响

4.2.7 声波入射俯仰角及方位角的影响

4.3 固支双板空腔结构的声振耦合特性

4.3.1 固支声振耦合理论模型及求解

4.3.2 传声损失定义

4.3.3 固支理论模型验证

4.3.4 有限大结构与无限大结构的对比

4.3.5 板的厚度对结构传声损失的影响

4.3.6 空腔厚度对结构传声损失的影响

4.3.7 声波入射角对结构传声损失的影响

4.4 实验测量研究

4.4.1 传声损失实验测量研究

4.4.2 实验测量结果与理论模型验证

4.4.3 简支和固支边界条件的关系

4.5 本章小结

第5章 外部流场作用下板壳结构声振耦合特性的理论研究

5.1 引言

5.2 外部平均流作用下简支单板的传声特性

5.2.1 气动弹性薄板在外部流体作用下的振动

5.2.2 流固界面上的位移连续性条件

5.2.3 传声损失定义

5.2.4 入射声场中平均流的影响

5.2.5 透射声场中平均流的影响

5.2.6 入射声场和透射声场都存在平均流情况下声波入射角的影响

5.3 外部平均流作用下无限大双板结构的传声特性

5.3.1 板振动方程

5.3.2 流固耦合条件

5.3.3 传声损失定义

5.3.4 无限大板的特征阻抗

5.3.5 传声损失曲线上波峰波谷的物理解释

5.3.6 马赫数的影响

5.3.7 声波入射俯仰角的影响

5.3.8 声波入射方位角的影响

5.3.9 板曲率及舱内压力的影响

5.4 本章小结

第6章 波纹层芯夹层板结构声振耦合特性的理论研究

6.1 引言

6.2 波纹层芯夹层板结构的声振耦合特性

6.2.1 结构振动及传声理论模型

6.2.2 理论模型验证

6.2.3 声波入射角对夹层板结构声振耦合特性的影响

6.2.4 层芯结构对夹层板结构隔声性能的影响

6.2.5 传声损失曲线存在波峰波谷的物理机制

6.2.6 综合力学和声学性能的结构优化设计

6.3 本章小结

第7章 正交加筋夹层板结构声振耦合特性的理论研究

7.1 引言

7.2 正交加筋夹层板结构的声辐射理论

7.2.1 结构振动理论模型

7.2.2 控制方程求解

7.2.3 结构远场声辐射

7.2.4 理论模型验证

7.2.5 加筋板惯性效应的影响

7.2.6 点激振位置的影响

7.2.7 加筋板周期间距的影响

7.3 正交加筋夹层板结构的传声理论

7.3.1 结构振动及传声的解析公式

7.3.2 声压方程和速度连续性条件

7.3.3 虚功原理的应用

7.3.4 总体控制方程

7.3.5 传声损失定义

7.3.6 空间谐波级数解收敛性检验

7.3.7 理论模型验证

7.3.8 声波入射角的影响

7.3.9 加筋板惯性效应的影响

7.3.10 加筋板周期间距的影响

7.3.11 空气传声和结构传声的对比

7.4 本章小结

第8章 填充吸声材料夹层板结构声振耦合特性的理论研究

8.1 引言

8.2 填充吸声材料夹层板结构的声辐射理论

8.2.1 简谐点力激励下的结构振动响应

8.2.2 声压方程与流固耦合条件

8.2.3 结构远场声辐射

8.2.4 数值结果收敛性检验

8.2.5 结构流固耦合效应的影响

8.2.6 多孔纤维吸声材料的影响

8.3 填充吸声材料夹层板结构的传声理论

8.3.1 结构振动和传声理论模型

8.3.2 结构周期特性的应用

8.3.3 虚功原理的应用

8.3.4 总体控制方程

8.3.5 理论模型验证

8.3.6 流固耦合效应对结构传声的影响

8.3.7 综合结构质量、力学刚度和传声损失的结构优化设计

8.4 本章小结

第9章 结论与展望

9.1 本书的主要工作与创新

9.2 研究展望

参考文献

附录A 方程式（4.69）的具体表达式

附录B 四种声学共振模态

附录C 波纹层芯的等效刚度

附录D 方程式（7.57）的具体表达式

附录E 方程式（7.118）的具体表达式

附录F 方程式（8.25）的具体表达式

附录G 方程式（8.71）的具体表达式

《轻质板壳结构设计的振动和声学基础》的内容主要包括：双板空腔结构声振耦合特性理论与实验研究，主要针对高速机车、大型客机及高档居民楼上所采用的双层玻璃窗及双层壳体结构的声振耦合特性开展理论与实验研究；外部流场作用下板壳结构声振耦合特性理论研究，重点考虑了飞机在巡航飞行状态时外部平均流对飞机喷气发动机产生的噪声从舱外传入舱内的物理过程；正交加筋夹层板结构声振耦合特性理论研究，重点分析讨论了水面舰艇和潜水艇外壳结构经常使用的正交加筋夹层板结构的声辐射特性和结构传声特性；填充吸声材料夹层板结构声振耦合特性研究及优化设计，主要理论研究了航空航天飞行器中常用到的层芯空腔填充多孔纤维吸声材料的加筋夹层板结构的声振耦合特性及其结构优化设计；研究展望，结合国家重大项目发展需求，展望了复杂周期加筋板壳结构在外部声场及流场作用下的声振耦合特性未来的研究趋势，提出了值得进一步深入研究的几个问题。