Page 62 - 《应用声学》2021年第5期
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筋板在简谐力作用下的声辐射特性。Ma 等 [13−14]
0 引言
使用解析公式计算了单向和双向加筋双层板结构
的振动响应，使用Rayleigh积分计算了声辐射功率，
为提高板结构承载力和稳定性，加筋板结构在
并讨论了施加主动控制力对降低双层加筋板声辐
舰船、土木、车辆工程和航空航天等领域被广泛应
用。在舰船动力机舱、水线下舷等重要舱段加筋板 射功率的作用。郭新毅等 [15−16] 研究了含损伤的加
表面敷设阻尼材料，可将结构振动能量转化为热能 筋钢板振动模态和声辐射模态、声辐射功率的变异。
耗散，达到减振和降低噪声辐射的目的 [1−2] 。加筋 然而，对于含损伤黏弹性阻尼加筋层合板动力学特
性和声学变异研究成果还很缺乏。
板结构形式复杂，并工作在重载环境下，在服役过程
本文旨在研究结构损伤程度和位置对自由阻
中加筋板容易出现疲劳损伤，影响舰船等结构的可
尼加筋层合板振动和声辐射特性的影响。基于板梁
靠性和安全性。
组合有限元动力学模型，计算四边简支边界条件下
由试验观察可知，对于含损伤的加筋板，在动
载荷作用下的损伤演化规律复杂，难以评估，当加筋 自由阻尼加筋板模态固有频率和振型，将有限元模
型计算结果与Ansys建立的阻尼加筋层合板有限元
板出现损伤后，不仅导致结构动力特性发生变化，并
模型的结果对比，误差不超过 3%，验证了有限元模
且其声学辐射特性也将发生变化 [3] 。因此，利用结
型的正确性；继而采用 Rayleigh 积分法计算了复合
构声学辐射特性的变化对典型加筋板结构的损伤
板结构声辐射功率和指向性，并与已有文献中的结
加以识别和对受损结构的寿命进行评估，对于加筋
果对比，验证了其正确性。最后，详细讨论了四边简
板实际工程应用具有重要的意义。
支边界条件下，黏弹性阻尼加筋钢板结构损伤程度
国内外研究人员已对加筋板的动力学特性展
和位置对声辐射功率和指向性的影响。
开了大量的研究，在加筋板理论建模方面，主要集中
在正交板模型、板架模型和板梁模型。Xu等 [4] 用改
1 黏 弹 性 阻 尼 加 筋 层 合 板 有 限 元 动 力
进的傅里叶级数给出了加筋板的位移函数，计算了
学方程
不同边界条件加筋板的模态固有频率和振型。Cho
等 [5] 用有限元及假定模态法研究了加筋板振动特 本文研究对象为矩形黏弹性阻尼加筋层合板
性。黄海燕等 [6] 建立了板梁组合有限元模型，并考 结构，如图 1 所示。钢板作为基板，在基板的上层铺
虑了板的剪切变形和板梁单元中性轴不重合的偏 设筋条，基板的下层敷设一层黏弹性材料作为阻尼
心作用，计算了四边固支单向加筋板的固有频率和 层，当加强筋的宽度和高度远小于加强筋的长度时，
振型。刘文光等 [7] 建立了铆接、点焊和滚焊连接方 可以将加强筋简化为梁。
式加筋板的有限元模型，讨论了不同连接方式对单 ҫू ۳
向和双向加筋板振动模态特性的影响。石楚千等 [8] ࡉࡏ
W
使用 ABAQUS 建立了复合材料加筋板的有限元模
L y
型，研究了不同筋条刚度下的加筋板剪切稳定性。
高双等 [9] 将正交加筋板在特定边界条件的结
构动力学问题转化为基于李兹法的能量泛函变分 z y
问题，推导了加筋板的振动方程，计算了典型加筋 L x h b
x h v H
薄板的固有频率，并使用边界元方法计算了加筋板
声辐射特性。张英蓉等 [10] 采用有限元方法研究了 图 1 敷设自由阻尼加筋层合板结构
加筋板振动和声辐射特性，讨论了基板加筋和腹板 Fig. 1 Stiffened laminated panel with uncon-
strained damping materials
加筋对板结构振动声辐射的影响。刘成武等 [11] 使
用加筋板有限元模型计算振动响应，结合边界元方 1.1 基板和黏弹性层Mindlin板单元有限元模型
法计算了薄板的声辐射，讨论了沿长度方向 “二字 基板和黏弹性阻尼层使用 Mindlin 板单元，采
型”、“十字型” 和 “X 字型” 不同加筋形式对加筋板 用分项等参插值方法构造 4 节点等参数单元，每个
结构声辐射功率和效率的影响。周海安等 [12] 也采 节点有 6 个自由度，3 个线自由度 u、v、w 和 2 个中
用有限元和边界元结合的方法研究了双层周期加 面法线转角自由度 θ x 、θ y 以及一个面内旋转自由度
