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皱褶芯材夹层结构的隔声设计

作　者: 袁新浩
导　师: 王志瑾
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 复合材料皱褶芯材夹层板隔声设计飞机噪声传声损失
分类号: TB53
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 42次
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内容摘要

20世纪后半叶以来,人们对噪声问题日益重视,在隔声降噪方面取得了很大的进展。隔声理论不断完善,隔声结构传声损失方面新的方法层出不穷。现代飞机上,采取了大量隔声措施,如应用吸声材料、隔声结构等。本文研究的是一种新型复合材料结构——皱褶芯材夹层板的隔声性能,目的是将其运用到飞机上来解决舱内的噪声问题。首先分析了飞机上的噪声来源和隔声措施;接着对隔声分析的有限元方法进行了研究,提出了弹性薄板的变厚度隔声等效方法,并对有限元过程进行了优化。在分析了皱褶芯材夹层板的隔声原理的基础上,按照皱褶结构的空间压缩程度递增的规律设计出12种和蜂窝芯材等面密度的皱褶结构,并对这12种皱褶芯材的夹层板和蜂窝夹层板进行隔声性能分析,绘制出隔声曲线。通过对隔声曲线的分析得出:在等面密度的前途下,存在隔声性能比蜂窝结构更好的皱褶结构;在皱褶结构中,空间和平面压缩程度比较均衡的隔声性能更好等重要的结论。最后利用有限元分析得出的规律设计并制作出两组隔声性能较好等面密度的皱褶芯材和蜂窝芯材夹层板,并分别进行了隔声性能实验;实验表明:皱褶结构的隔声性能几乎在所有的频段都比等密度的蜂窝结构更好,这充分证明了皱褶结构在隔声性能方面的优势,同时也验证了本文采用的有限元方法的可行性和正确性。因此只要结合飞机结构的重量要求,合理设计皱褶夹层板的几何参数,就能更好地解决飞机舱内噪声问题。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-20
  1.1 隔声研究概况  13-14
  1.2 飞机噪声问题及声源  14-17
    1.2.1 飞机的噪声问题  14
    1.2.2 飞机噪声的来源  14-17
  1.3 目前飞机上的主要隔声措施  17-18
    1.3.1 隔声与吸声材料  17
    1.3.2 阻尼材料  17-18
  1.4 皱褶芯材夹层结构的声学研究现状  18-19
    1.4.1 皱褶芯材结构简介  18
    1.4.2 皱褶芯材夹层结构的声学研究现状  18-19
  1.5 本文的主要内容  19-20
第二章夹层板隔声分析的有限元方法研究  20-43
  2.1 有限元分析的声学理论基础  20-24
    2.1.1 隔声的定义  20-21
    2.1.2 声学分析主要的有限元软件及其特点  21-22
    2.1.3 ANSYS 声学理论基础  22-24
      2.1.3.1 声场流体理论基础  22-23
      2.1.3.2 声场流固耦合问题  23-24
  2.2 有限元分析中常见的频率问题  24-27
    2.2.1 管道截止频率  24-25
    2.2.2 试件的固有频率  25
    2.2.3 试件的尺寸对固有频率的影响  25-27
  2.3 弹性薄板的变厚度隔声等效方法  27-35
    2.3.1 等效方法来源  27
    2.3.2 等效方法  27-29
      2.3.2.1 等效方法的理论推导  27-29
      2.3.2.2 弹性薄板的变厚度隔声等效方法  29
    2.3.3 有限元验证  29-34
    2.3.4 等效方法的不足和意义  34-35
  2.4 皱褶夹层板的有限元隔声分析过程  35-43
第三章皱褶夹层板的等面密度隔声结构设计  43-58
  3.1 皱褶芯材夹层板的简介  43
  3.2 皱褶芯材夹层板的隔声原理  43-44
    3.2.1 降噪的主要措施  43-44
    3.2.2 V-型皱褶芯材夹层板降噪的原理分析  44
  3.3 V-型皱褶结构的当量面密度  44-45
  3.4 V-型皱褶芯材的设计参数和密度系数函数 f  45-46
  3.5 V-型皱褶夹层板的等面密度结构设计  46-58
    3.5.1 蜂窝和皱褶夹层板的材料属性  46
    3.5.2 蜂窝夹层板的面密度  46-47
    3.5.3 皱褶夹层板的等面密度设计  47-48
    3.5.4 等面密度的蜂窝和皱褶芯材夹层板的隔声量计算  48-52
      3.5.4.1 有限元模型的参数和编号  49
      3.5.4.2 有限元隔声分析的原始数据  49-51
      3.5.4.3 等面密度的蜂窝和各种皱褶结构的频率分析  51-52
    3.5.5 隔声量有限元计算结果的数据处理与分析  52-58
      3.5.5.1 单块夹层板的隔声性能分析  52
      3.5.5.2 等面密度的蜂窝夹层板和各种皱褶夹层板的隔声性能分析  52-56
      3.5.5.3 典型夹层板隔声性能的进一步分析  56-58
第四章皱褶和蜂窝夹层板的隔声实验  58-76
  4.1 实验件的设计  58-59
    4.1.1 芯材选材  58
    4.1.2 皱褶芯材的结构设计  58-59
    4.1.3 皱褶和蜂窝夹层板的设计  59
  4.2 皱褶芯材的制作  59-62
    4.2.1 皱褶芯材模具的制作  59-61
    4.2.2 芯材的制作过程  61-62
    4.2.3 工艺经验总结  62
    4.2.4 皱褶芯材的实际尺寸  62
  4.3 皱褶和蜂窝夹层板的制作  62-65
  4.4 实际的皱褶和蜂窝夹层板的有限元分析  65-67
  4.5 皱褶和蜂窝夹层板的隔声实验  67-74
    4.5.1 实验原理  67-68
    4.5.2 试件安装及测试方法  68-69
    4.5.3 实验结果及其分析  69-74
  4.6 实验结果和理论结果的比较  74
  4.7 皱褶夹层板与其它结构的隔声能力对比  74-76
第五章结论与展望  76-78
  5.1 全文总结  76
  5.2 进一步工作展望  76-78
参考文献  78-81
致谢  81-82
在学期间的研究成果及发表的学术论文  82

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