【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展,對飛機(jī),艦艇,船舶等結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、自重以及振動與噪聲等方面提出了較高要求,復(fù)合材料由于具有高的比強(qiáng)度、比剛度和抗疲勞性、可設(shè)計性等優(yōu)良性能,這就使層合板結(jié)構(gòu)等復(fù)合材料構(gòu)件得到了廣泛的應(yīng)用。在工程應(yīng)用中,層合板結(jié)構(gòu)等薄板結(jié)構(gòu)必然會因受到激勵而產(chǎn)生振動,層合板結(jié)構(gòu)的振動易導(dǎo)致整個航空結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。振動功率流是一個理想的反映結(jié)構(gòu)振動能量在結(jié)構(gòu)中傳遞的物理量,因此研究復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的振動功率流特性,對航空航天領(lǐng)域等結(jié)構(gòu)的減振降噪與損傷探測具有重要的指導(dǎo)意義。本文主要對復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)等薄板結(jié)構(gòu)的振動功率流特性進(jìn)行了理論研究。首先,對薄板結(jié)構(gòu)的振動功率流的數(shù)值解進(jìn)行了理論計算。在基本假設(shè)的基礎(chǔ)之上,建立了薄板結(jié)構(gòu)的有限元模型。引入了振動功率流的概念并加以重點闡述,求解了矩形單元的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣,并以板殼單元為例,推導(dǎo)了該種單元的結(jié)構(gòu)聲強(qiáng),對結(jié)構(gòu)聲強(qiáng)在板厚方向進(jìn)行積分,進(jìn)而得出薄板結(jié)構(gòu)的振動功率流。在計算得到功率流的數(shù)值解后,繪制出了前幾階頻率下的功率流的矢量場分布圖。對振動能量在薄板結(jié)構(gòu)表面的分布以及傳播實現(xiàn)了可視化,并對比分析了四邊簡支和四邊固支邊界條件下的功率流矢量場分布圖。其次,以復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)為研究對象,基于一階剪切理論建立了不同于單層薄板結(jié)構(gòu)的有限元模型。詳細(xì)介紹了利用振型疊加法來計算層合板結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)的過程,推導(dǎo)了位移與內(nèi)力等與功率流相關(guān)量的計算公式。最后,對受迫振動下的復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的振動功率流特性進(jìn)行了研究。利用MATLAB軟件計算了已有算例的層合板結(jié)構(gòu)的固有頻率,結(jié)果表明:本文推導(dǎo)的公式及編寫的程序是可靠的。接著同時對比分析了分別在四邊簡支以及四邊固支條件下,改變激勵點位置以及層合板纖維鋪設(shè)角度、跨厚比和彈性模量比等結(jié)構(gòu)參數(shù)對振動功率流數(shù)值結(jié)果的影響。結(jié)果表明:纖維鋪設(shè)角度和跨厚比對振動功率流的影響明顯。
[Abstract]:With the rapid development of modern industry, the strength, self-weight, vibration and noise of aircraft, warship, ship and other structures are required. The composite materials have high specific strength, specific stiffness and fatigue resistance. Good properties such as designability make laminated structures and other composite components widely used. In engineering application, the vibration of laminated plate structure and other thin plate structures will inevitably be caused by excitation, and the vibration of laminated plate structure will easily cause damage to the whole aeronautical structure. The vibration power flow is an ideal physical quantity reflecting the vibration energy transfer in the structure, so the vibration power flow characteristics of composite structure are studied. It has important guiding significance for vibration and noise reduction and damage detection of structures in the field of aeronautics and astronautics. In this paper, the vibration power flow characteristics of laminated laminates and other thin plate structures are studied theoretically. Firstly, the numerical solution of the vibration power flow of thin plate structure is calculated theoretically. Based on the basic assumptions, the finite element model of thin plate structure is established. The concept of vibration power flow is introduced, and the stiffness matrix and mass matrix of rectangular element are solved. Taking the plate and shell element as an example, the structural sound intensity of the element is deduced, and the structural sound intensity is integrated in the direction of plate thickness. Then the vibration power flow of thin plate structure is obtained. After the numerical solution of the power flow is obtained, the vector field distribution of the power flow at the previous frequency is plotted. The distribution and propagation of vibration energy on the surface of thin plate are visualized, and the distribution of power flow vector field under the condition of simply supported on four sides and fixed on four sides is compared and analyzed. Secondly, based on the first order shear theory, the finite element model of composite laminated plate structure is established, which is different from that of single-layer thin plate structure. The process of calculating the dynamic response of laminated plate structure by mode superposition method is introduced in detail. The formulas for calculating the correlation between displacement and internal force and power flow are derived. Finally, the vibration power flow characteristics of composite laminated plates under forced vibration are studied. The natural frequencies of laminated plate structures with existing examples are calculated by using MATLAB software. The results show that the formula and the program are reliable. At the same time, the effects of structural parameters such as the position of excitation point, the angle of fiber laying, the ratio of span to thickness and the ratio of elastic modulus to the numerical results of vibration power flow under the condition of simply supported on four sides and fixed on four sides are compared and analyzed at the same time. The results show that the influence of fiber laying angle and span thickness ratio on vibration power flow is obvious.
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33

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本文編號：2262073