均匀流中剪切变形加筋层合板声与振动特性研究

金叶青; 姚熊亮; 庞福振; 张阿漫

doi:10.7498/aps.62.134306

摘要

基于一阶剪切变形理论, 建立了分析均匀流中周期加筋层合板声振特性的理论模型. 该模型应用对流波动方程及边界条件精确考虑了均匀流与层合板的耦合作用, 加强筋通过法向线力及扭矩与层合板相互作用, 利用傅里叶波数变换和稳相法, 得到了位移谱和辐射声压的解析表达式. 计算结果与已有公开数据符合良好, 验证了模型的有效性. 数值结果表明, 在高频段不能忽略剪切变形和加强筋扭转运动的影响; 增大均匀流速度可降低结构的辐射声压; 适当调整板厚和加强筋间距可有效避开结构的辐射声压波峰.

关键词:

Abstract

A theoretical model is developed to investigate vibro-acoustic characteristics of shear deformable periodic stiffened laminated composite panels in mean flow, based on the first-order shear deformation theory (FSDT). The convected wave equation and boundary condition are used to account for the exact coupling effect between mean flow and laminated panel. Stiffeners interact with the laminated panel through both the normal line forces and torsional moments. Analytic formulations for the transverse displacement spectra and sound pressure level (SPL) are yielded by employing the Fourier wavenumber transform and the stationary phase method. The model is validated by comparing with existing public data. Excellent agreement is obtained. Numerical results show that the effects of shear deformation and torsional motion of the stiffeners cannot be ignored in high frequency range. SPL can be reduced by increasing the speed of mean flow; it is possible to avoid SPL peaks by altering the thickness and stiffener spacing.

Keywords:

作者及机构信息

1.
哈尔滨工程大学船舶工程学院, 哈尔滨 150001

基金项目: 国家自然科学基金优秀青年科学基金(批准号: 51222904);国家安全重大基础研究项目(批准号: 613157);国家自然科学基金重点项目(批准号: 50939002)和国家自然科学基金(批准号: 51209052)资助项目.

Authors and contacts

1.
College of Shipbuilding Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China

Funds: Project supported by the Science Fund for Outstanding Youth of National Natural Science Foundation of China (Grant NO. 51222904), the National Security Major Basic Research Program of China (Grant NO. 613157), the Key Program of National Natural Science Foundation of China (Grant NO. 0939002), and the National Natural Science Foundation of China (Grant NO. 51209052).

参考文献

[1]	Wu H J, Jiang W K, Lu W B 2012 Acta Phys. Sin. 61 054301 (in Chinese) [吴海军, 蒋伟康, 鲁文波 2012 物理学报 61 054301]
[2]	Chen Y, Fu S X, Xu Y W, Zhou Q, Fan D X 2013 Acta Phys. Sin. 62 064701 (in Chinese) [陈蓥, 付世晓, 许玉旺, 周青, 范迪夏 2013 物理学报 62 064701]
[3]	Pan A, Fan J, Zhou L K 2012 Acta Phys. Sin. 61 214301 (in Chinese) [潘安, 范军, 卓琳凯 2012 物理学报 61 214301]
[4]	Jin Y Q, Pang F Z, Yao X L, Sun L P 2012 Acta Acoustic 37 611 (in Chinese) [金叶青, 庞福振, 姚熊亮, 孙丽萍 2012 声学学报 37 611]
[5]	Mace B R 1980 J. Sound. Vib. 73 473
[6]	Mace B R 1980 J. Sound. Vib. 71 435
[7]	Mace B R 1981 J. Sound. Vib. 79 439
[8]	Maxit L 2009 Appl. Acoust. 70 563
[9]	Xin F X, Lu T J 2010 J. Mech. Phys. Solids 58 1374
[10]	Xin F X, Lu T J 2010 Compos. Sci. Technol. 70 2198
[11]	Yin X W, Gu X 2007 J. Sound. Vib. 306 877
[12]	Cao X T, Hua H X, Zhang Z Y 2011 J. Sound. Vib. 330 4047
[13]	Koval L R 1976 J. Acoust. Soc. Am. 59 1379
[14]	Atalla N, Nicolas J 1995 J. Sound. Vib. 117 22
[15]	Berry A 1990 J. Acoust. Soc. Am. 88 2792
[16]	Schmidt P L, Frampton K D 2009 J. Sound. Vib. 328 243
[17]	Huang H 2009 Acta Phys. Sin. 58 3655 (in Chinese) [黄虎 2009 物理学报 58 3655]
[18]	Wang Z F, Hu Y M, Meng Z, Ni M 2008 Acta Phys. Sin. 57 7022 (in Chinese) [王泽锋, 胡永明, 孟洲, 倪明 2008 物理学报 57 7022]
[19]	Ma H P, He X P, Lan Z K, Abulizi A 2012 Acta Phys. Sin. 61 194302 (in Chinese) [马焕培, 贺西平, 兰正康, 阿卜力孜· 阿卜来提 2012 物理学报 61 194302]

施引文献

[1]	Wu H J, Jiang W K, Lu W B 2012 Acta Phys. Sin. 61 054301 (in Chinese) [吴海军, 蒋伟康, 鲁文波 2012 物理学报 61 054301]
[2]	Chen Y, Fu S X, Xu Y W, Zhou Q, Fan D X 2013 Acta Phys. Sin. 62 064701 (in Chinese) [陈蓥, 付世晓, 许玉旺, 周青, 范迪夏 2013 物理学报 62 064701]
[3]	Pan A, Fan J, Zhou L K 2012 Acta Phys. Sin. 61 214301 (in Chinese) [潘安, 范军, 卓琳凯 2012 物理学报 61 214301]
[4]	Jin Y Q, Pang F Z, Yao X L, Sun L P 2012 Acta Acoustic 37 611 (in Chinese) [金叶青, 庞福振, 姚熊亮, 孙丽萍 2012 声学学报 37 611]
[5]	Mace B R 1980 J. Sound. Vib. 73 473
[6]	Mace B R 1980 J. Sound. Vib. 71 435
[7]	Mace B R 1981 J. Sound. Vib. 79 439
[8]	Maxit L 2009 Appl. Acoust. 70 563
[9]	Xin F X, Lu T J 2010 J. Mech. Phys. Solids 58 1374
[10]	Xin F X, Lu T J 2010 Compos. Sci. Technol. 70 2198
[11]	Yin X W, Gu X 2007 J. Sound. Vib. 306 877
[12]	Cao X T, Hua H X, Zhang Z Y 2011 J. Sound. Vib. 330 4047
[13]	Koval L R 1976 J. Acoust. Soc. Am. 59 1379
[14]	Atalla N, Nicolas J 1995 J. Sound. Vib. 117 22
[15]	Berry A 1990 J. Acoust. Soc. Am. 88 2792
[16]	Schmidt P L, Frampton K D 2009 J. Sound. Vib. 328 243
[17]	Huang H 2009 Acta Phys. Sin. 58 3655 (in Chinese) [黄虎 2009 物理学报 58 3655]
[18]	Wang Z F, Hu Y M, Meng Z, Ni M 2008 Acta Phys. Sin. 57 7022 (in Chinese) [王泽锋, 胡永明, 孟洲, 倪明 2008 物理学报 57 7022]
[19]	Ma H P, He X P, Lan Z K, Abulizi A 2012 Acta Phys. Sin. 61 194302 (in Chinese) [马焕培, 贺西平, 兰正康, 阿卜力孜· 阿卜来提 2012 物理学报 61 194302]

[1]	陈嘉昊, 高鸿飞, 贺坚, 王飞, 周益民, 徐一清, 蔡阳健, 周国泉. 一阶艾里导数光束的艾里变换. 物理学报, 2025, 74(12): 124204. doi: 10.7498/aps.74.20250153
[2]	李建军, 崔屿峥, 付聪乐, 秦晓伟, 李雨畅, 邓军. 具有多MO喷嘴垂直MOCVD反应腔外延层厚度均匀性的优化理论及应用. 物理学报, 2024, 73(4): 046801. doi: 10.7498/aps.73.20231555
[3]	张程宾, 于程, 刘向东, 金瓯, 陈永平. 剪切流场中双重乳液稳态形变. 物理学报, 2016, 65(20): 204704. doi: 10.7498/aps.65.204704
[4]	周聪, 王庆良. 考虑频散效应的一维非线性地震波数值模拟. 物理学报, 2015, 64(23): 239101. doi: 10.7498/aps.64.239101
[5]	宋健, 刘全生, 杨联贵. 切变纬向流中β效应与缓变地形Rossby波. 物理学报, 2012, 61(21): 210510. doi: 10.7498/aps.61.210510
[6]	陈阳益, 许弘莒, 张宪国. 无旋性前进重力波传递在均匀流中的Lagrange解析解与试验验证Ⅰ.理论解析解. 物理学报, 2012, 61(3): 034702. doi: 10.7498/aps.61.034702
[7]	宋健, 姜楠, 杨联贵. 切变基本纬向流中β效应的赤道Rossby孤立波包. 物理学报, 2011, 60(2): 024701. doi: 10.7498/aps.60.024701
[8]	和兴锁, 宋明, 邓峰岩. 非惯性系下考虑剪切变形的柔性梁的动力学建模. 物理学报, 2011, 60(4): 044501. doi: 10.7498/aps.60.044501
[9]	黄虎, 夏应波. 伴随均匀流作用的有限水深三阶三色三向表面张力-重力波之完备对称解. 物理学报, 2011, 60(4): 044702. doi: 10.7498/aps.60.044702
[10]	王晓东, 欧阳洁, 苏进. 非均匀剪切流场中液晶聚合物微观结构的无网格模拟. 物理学报, 2010, 59(9): 6369-6376. doi: 10.7498/aps.59.6369
[11]	黄虎, 杨丽, 夏应波. 一般反射短峰波的普适法则——倍频率通向短峰波. 物理学报, 2010, 59(4): 2182-2186. doi: 10.7498/aps.59.2182
[12]	黄虎, 夏应波. 经典单色短峰水波理论的三阶完备解. 物理学报, 2010, 59(6): 3663-3667. doi: 10.7498/aps.59.3663
[13]	刘永利, 赵星, 张宗宁, 张林, 王绍青, 叶恒强. TiAl/Ti3Al体系剪切变形的分子动力学研究. 物理学报, 2009, 58(13): 246-S253. doi: 10.7498/aps.58.246
[14]	庞晶, 陈小刚, 宋金宝. 有流存在时三层流体界面波的二阶Stokes波解. 物理学报, 2007, 56(8): 4733-4741. doi: 10.7498/aps.56.4733
[15]	万红, 谢立强, 吴学忠, 刘希从. TbDyFe/PZT层状复合材料的磁电效应研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3872-3877. doi: 10.7498/aps.54.3872
[16]	万　红, 沈仁发, 吴学忠. 对称磁电层合板磁电转换效应理论研究. 物理学报, 2005, 54(3): 1426-1430. doi: 10.7498/aps.54.1426
[17]	黄春福, 刘思敏, 张光寅, 郭儒, 汪大云, 高垣梅, 陆猗, 杨立森. 测量单轴晶体光学不均匀性和生长层的一种简便方法. 物理学报, 2003, 52(6): 1529-1532. doi: 10.7498/aps.52.1529
[18]	林为干, 钟祥礼. 均匀恒磁场中载流导线的磁场计算问题. 物理学报, 1964, 20(6): 518-527. doi: 10.7498/aps.20.518
[19]	尚尔昌. 非均匀层中的反波导传播. 物理学报, 1961, 17(4): 180-190. doi: 10.7498/aps.17.180
[20]	杜庆华. 三合板的一般弹性理论. 物理学报, 1954, 10(4): 395-412. doi: 10.7498/aps.10.395

计量

文章访问数: 7788
PDF下载量: 541
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板