Page 65 - 《应用声学》2021年第5期

第 40 卷 第 5 期 沈敏等： 含损伤黏弹性阻尼加筋层合板声功率和指向性变异 709

(0,0,0)位置施加单位简谐力 F 1 ，计算板结构振动速 限元程序进行加筋板模态特性和谐响应分析时，用
度，继而使用 Rayleigh 积分公式得到加筋钢板振动 APDL中的“get, cputime”指令读取程序运行时间。
向外场辐射的声功率，如图3所示。从图3中可以看 分别使用两种方法提取加筋钢板振动前 10 阶固有
出，计算的声辐射功率和声辐射指向性与文献 [18] 频率以及振动速度所消耗的时间，如表 3 所示。从
的计算结果基本一致，验证了声辐射功率计算结果 表 3 中可见，加筋钢板振动模态分析时，ANSYS 软
的正确性。图 4 给出了在激励力频率 F 1 为 200 Hz， 件运行时间约为数值分析软件编写的有限元动力
健康的加筋钢板在 z = 0 的平面内，以坐标圆点为 学方程的 3 倍。进行谐响应分析时，ANSYS 运行时
中心、半径为1 m的圆周上的声压分布，其中x轴沿 间是数值分析软件编写的有限元程序的 5 倍。由数
θ = 0 ，y 轴沿方向 θ = 90 。从图 4 可以看出，本文 值分析软件编写的加筋板振动有限元程序计算速
◦
◦
计算的声辐射指向性与文献 [18] 的结果非常接近， 度远超过 ANSYS，在工程应用中，可以极大提高运
验证了声辐射指向性计算结果正确性。 算效率。

100 表 3 数值分析软件和 ANSYS 计算耗时对比
వ஡
90
஡࿹[18] Table 3 Comparison of calculation time
80
between matrix laboratory and commer-
70 cial finite element software
ᣣ࠱ܦҪဋ/dB 50 数值分析软件耗时/s ANSYS 耗时/s
60
40
30
20 前 10 阶固有频率 0.45 1.52
板结构振速 14.27 81.07
10
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800
3.2 损伤对自由阻尼加筋层合板结构模态固有频
ᮠဋ/Hz
率的影响
图 3 健康加筋钢板的声辐射功率与文献 [18] 的对比
为了讨论不同损伤位置对声辐射特性的影响，
Fig. 3 Comparison of radiation power of healthy
本文设计了如图 5 所示的含损伤自由阻尼加筋板
stiffened steel plate with Ref.[18]
结构有限元模型。损伤区域分别有 3 个位置满足
a 1 6 x 6 a 2 和 b 1 6 y 6 b 2 。对各向同性损伤情况，
90O
వ஡ 120O 60O
஡࿹[18] 定义损伤程度 k = 1 − E S /E 代表受损后钢板结构
0.06
0.04 刚度的弱化程度，k 取值是任意给定的，方便进行有
150O 30O
限元的计算。
0.02
ͯᎶ3 (-0.2, 0.05)
180O 0 0O
z
y ͯᎶ1 (0.05, 0.05)
ͯᎶ2 (0.2, 0.05)
210O 330O

240O 300O
x
270O
图 4 健康加筋钢板的声辐射指向性与文献 [18] 的 图 5 含损伤自由阻尼加筋层合板结构有限元模型
对比 Fig. 5 Finite element model of structural dam-
Fig. 4 Comparison of sound radiation directivity aged stiffened laminated plate with unconstrained
of healthy stiffened steel plate with Ref. [18] damping
运行数值分析软件有限元程序进行加筋板振 计算过程中，钢材、黏弹性材料阻尼层的材料
动模态和谐响应分析，用 “etime” 指令调用 win- 参数，层合板、加强筋的几何参数如表 1 所示。表 4
dows 系统时钟读取程序运行时间，使用 ANSYS 有 是自由阻尼加筋板在同样的损伤位置 1，但是在不