复合式双层板结构减振降噪及吸声的设计理论与方法研究

As a major component of the shell structures of aerospace, naval submarine, high-speed train and power machinery, the composite double-panel structure has some problems to be solved: structural vibration, sound radiation and poor sound absorption performance at low frequencies. However, corresponding design specifications and theories at low frequencies are lacked for the composite double-panel structure currently. In order to reduce the vibration and sound radiation of the composite double-panel structure and to improve its absorption performance at low frequencies, the design theories of phononic band gaps, resonant absorption of "the microperforated panel-cavity-backing structure" and viscoelastic absorption, combined with the methods of using vibration-isolating blocks, viscoelastic materials and microperforated panel are proposed in this item. To analyze the unique inherent laws of the vibro-acoustic properties of the composite double-panel structure, the theories of periodic structures and phononic crystal will both be applied in the item. Then based on the theory of periodic structures, finite element method and space harmonics, a semi-analytical model is proposed for the composite double-panel structure, which can be attached by different geometrical vibration-isolating blocks. This model can be used as the basis for analyzing the vibro-acoustic property and sound absorption performance of the composite double-panel structures, which makes a contribute to the research and application of them.

复合式双层板结构作为航空航天、舰船潜艇、高速列车以及动力机械装备的重要组成壳体结构之一，面临着结构振动辐射噪声及低频吸声难的问题。然而，目前复合式双层板结构的低频吸声缺少相关的设计规范及相应的理论支撑。项目提出结合声子晶体带隙理论、“微穿孔板-空腔-结构背衬”的谐振吸声理论以及粘弹吸声理论，综合运用周期阻振结构、粘弹性吸声材料和微穿孔板的复合式双层板结构的设计理论和方法，以降低结构的振动辐射并提高其在低频段的吸声性能。提出利用结构周期理论与声子晶体理论相结合的方法，对复合式双层板结构声振特性的独特规律进行分析。基于结构周期理论、有限元方法和空间波数法等数学理论，针对附加不同形状类型阻振结构的复合式双层板，提出建立一种统一的半解析半数值的数学分析模型，为分析复合式双层板结构的声振特性和吸声性能提供数学理论基础，并为复合式双层板结构的研究与应用作出贡献。

复合板类结构广泛应用于机械、建筑、交通和航空航天等工程领域。其结构的振动响应及声学特性对结构性能的影响非常显著。为了降低结构的振动辐射及提高其吸声性能，我们采用附加周期结构的方法降低振动，并利用微孔吸声提高结构的噪声吸收性能。在本项目中，我们设计了双层穿微孔的周期加强板，以提高薄板结构的振动特性及吸声性能。项目的研究内容主要包括：（1）结合结构周期理论和傅里叶变换的方法分析了双层周期加筋板，在平面周期力作用下的振动响应和声辐射；（2）研究了周期块体加强的双层板结构，在平面谐振力下的振动和声辐射，并基于有限元理论和空间波数法，提出了一种高效的半解析半数值方法；（3）在单层周期板的基础上，通过有限元方法以及半解析方法研究了双层及多层的块体加强板和加筋板的反射和透射特性；（4）结合微孔吸声理论、声子晶体理论和薄板结构的边界连续条件，分析了考虑结构弯曲振动情况下，穿微孔的双层周期加强板的吸声特性；（5）在前面研究的基础上，通过级联的方法最终推导并分析了双层及多层结构的周期加强板的吸声特性。利用加强板结构的声传递矩阵，求得双层板及多层板结构的吸声系数，并与单层周期穿孔板结构进行对比。分析结果表明，通过对双层板结构穿微孔，并附加周期结构的方法可以有效的改善其结构的振动辐射特性，并有效提高结构的吸声性质，对复合式双层板结构的减振降噪及吸声性能的研究和应用具有重要价值。