复合材料层合板声辐射特性分析与测量

【摘要】：复合材料层合板以其比强度高、比模量高、抗疲劳性能好和可设计性强等优异性能,广泛应用于航空航天、汽车制造等对材料有着较高要求的行业。应用中层合板必然受到外界激励而引起结构振动,这种振动不仅会影响材料性能导致结构使用寿命下降,而且会对周围进行声辐射。由声辐射模态理论可知:在中低频率时,对应的辐射效率随声辐射模态的增加而迅速降低;可通过控制前几阶声辐射模态对应辐射声功率,就可使总声功率大大降低。本文以复合材料层合板为研究目标,首先对层合板的声振特性进行了分析。文中采用分层理论结合有限元的方法计算了层合板的各阶固有频率及结构模态,结合声辐射模态理论计算了层合板的前两阶声辐射模态幅值和辐射声功率。分析了纤维铺设角度、纤维铺设方式、弹性模量比对层合板基频、频率间隔、声辐射模态幅值及辐射声功率的影响;分析了截断模态数对辐射声功率计算结果的影响。结果表明纤维铺设角度、弹性模量比等物理参数对层合板声振特性有不同程度的影响。其次,通过设计离散式PVDF压电传感器测量了层合板结构声辐射模态幅值及其对应声功率。运用最小二乘法拟合层合板结构模态振型函数,计算PVDF传感器输出电荷量,用Tikhonov正则化方法计算离散式PVDF压电传感器的加权系数,使输出信号为相应的声辐射模态幅值;分析了PVDF压电薄膜粘贴数目、粘贴位置、位置优化等对测量结果及加权系数的影响。最后,在前述层合板声辐射模态特性分析及离散式PVDF压电传感器理论设计的基础上,采用加速度传感器对不同激励力位置下的固支层合板声辐射模态幅值进行了测量,并获得了对应的辐射声功率。运用离散式PVDF压电传感器实验测量了中点激励层合板的声辐射模态幅值,获得了中点激励层合板的辐射声功率。
【关键词】：复合材料层合板 动态响应 声辐射模态幅值 离散式PVDF Tikhonov正则化
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB33