局域共振型加筋板結(jié)構(gòu)的帶隙理論與減振降噪特性研究

加筋板結(jié)構(gòu)剛度大、重量輕，是列車(chē)、飛機(jī)、潛艇等裝備中最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式之一。加筋板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)/噪聲是降低裝備性能的重要因素，因此研究加筋板結(jié)構(gòu)的減振降噪理論和技術(shù)具有重要意義。本項(xiàng)目提出將聲物理前沿的局域共振型聲子晶體思想引入到加筋板結(jié)構(gòu)的減振降噪設(shè)計(jì)，通過(guò)在加筋板結(jié)構(gòu)上附加周期陣列的局域共振單元，構(gòu)建了局域共振型加筋板結(jié)構(gòu)。這種新型結(jié)構(gòu)經(jīng)特殊設(shè)計(jì)可以表現(xiàn)出顯著的彈性波帶隙（禁帶）特性，利用其帶隙可以有效地抑制加筋板中的彎曲波傳播，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)加筋板結(jié)構(gòu)的減振降噪。 本項(xiàng)目圍繞局域共振型加筋板結(jié)構(gòu)的帶隙及聲振特性計(jì)算方法、帶隙調(diào)控規(guī)律與帶隙形成機(jī)理、減振降噪特性及機(jī)理等方面開(kāi)展系統(tǒng)深入研究，取得的重要成果及其科學(xué)意義包括：(a) 系統(tǒng)建立了局域共振型加筋板的帶隙特性、振動(dòng)和聲輻射特性計(jì)算方法，為其減振降噪研究奠定了方法基礎(chǔ)。(b) 深入研究了局域共振型加筋板結(jié)構(gòu)的彎曲波帶隙特性和減振特性，分析了共振單元的彈簧剛度和共振子質(zhì)量對(duì)帶隙特性的影響，為其帶隙特性設(shè)計(jì)提供了有益參考。(c) 開(kāi)展了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，對(duì)共振單元的彈簧剛度、附加質(zhì)量和附加位置等三個(gè)最重要的影響參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到很多滿足目標(biāo)需求的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。(d) 系統(tǒng)分析了加筋板自身幾何尺寸和材料參數(shù)對(duì)其振動(dòng)與聲輻射特性的影響，進(jìn)一步研究了單頻和多頻局域共振型加筋板的聲輻射特性，發(fā)現(xiàn)一些有價(jià)值的現(xiàn)象與結(jié)論，并揭示了減振降噪內(nèi)在機(jī)理和調(diào)控規(guī)律，為局域共振型加筋板的減振降噪設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和參考。(e)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的局域共振型加筋板結(jié)構(gòu)在帶隙范圍內(nèi)具有良好的減振降噪效果。(1) 減振效果：帶隙頻率范圍內(nèi)振動(dòng)幅值平均降低大于5dB。(2) 降噪效果：帶隙頻率范圍噪聲輻射功率平均降低5dB以上。從而，初步驗(yàn)證了基于帶隙原理實(shí)現(xiàn)加筋板結(jié)構(gòu)減振降噪的可行性。總之，本項(xiàng)目研究為局域共振型加筋板結(jié)構(gòu)的減振降噪應(yīng)用提供了重要的理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

加筋板結(jié)構(gòu)剛度大、重量輕，是列車(chē)、飛機(jī)、潛艇等裝備中最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式之一。加筋板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)/噪聲是降低裝備性能的重要因素，因此研究加筋板結(jié)構(gòu)的減振降噪理論和技術(shù)具有重要意義。本項(xiàng)目提出將聲物理前沿的局域共振型聲子晶體思想引入到加筋板結(jié)構(gòu)的減振降噪設(shè)計(jì)，通過(guò)在加筋板結(jié)構(gòu)上附加周期陣列的局域共振單元，構(gòu)建了局域共振型加筋板結(jié)構(gòu)。這種新型結(jié)構(gòu)經(jīng)特殊設(shè)計(jì)可以表現(xiàn)出顯著的彈性波帶隙（禁帶）特性，利用其帶隙可以有效地抑制加筋板中的彎曲波傳播，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)加筋板結(jié)構(gòu)的減振降噪。本項(xiàng)目圍繞局域共振型加筋板結(jié)構(gòu)的帶隙及聲振特性計(jì)算方法、帶隙調(diào)控規(guī)律與帶隙形成機(jī)理、減振降噪特性及機(jī)理等方面開(kāi)展系統(tǒng)深入研究。項(xiàng)目的研究結(jié)論將有助于加深對(duì)局域共振型加筋板結(jié)構(gòu)的帶隙行為和減振降噪特性的認(rèn)識(shí)，為其工程應(yīng)用提供重要的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

按材料分類，加筋板可分為金屬加筋板，復(fù)合材料加筋板。

強(qiáng)動(dòng)載下復(fù)合材料加筋板的動(dòng)力屈曲特性的研究，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本項(xiàng)目針對(duì)碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料（CFRP）加筋板結(jié)構(gòu)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和理論分析，研究強(qiáng)動(dòng)載下CFRP復(fù)合材料加筋板的動(dòng)力屈曲特性，考慮對(duì)材料性能影響顯著的應(yīng)變率效應(yīng)和復(fù)合材料固有的損傷特性。主要研究?jī)?nèi)容包括：高應(yīng)變率下CFRP復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及本構(gòu)模型研究；建立CFRP復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)沖擊屈曲實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，提出高效的數(shù)值計(jì)算新方法，并通過(guò)動(dòng)力屈曲理論分析方法，全面研究CFRP復(fù)合材料加筋板的沖擊動(dòng)力屈曲特性，同時(shí)關(guān)注其損傷模式及其演化規(guī)律。本項(xiàng)目的研究試圖建立、發(fā)展和完善復(fù)合材料加筋板的動(dòng)力屈曲特性的研究方法和手段，揭示材料性能、結(jié)構(gòu)特性與復(fù)合材料加筋板的動(dòng)力屈曲特性和損傷機(jī)理的內(nèi)在聯(lián)系，為其工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)，力圖提升我國(guó)相關(guān)行業(yè)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究水平。

強(qiáng)動(dòng)載下復(fù)合材料加筋板的動(dòng)力屈曲特性的研究，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本項(xiàng)目針對(duì)碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料（CFRP）加筋板結(jié)構(gòu)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和理論分析，研究強(qiáng)動(dòng)載下CFRP復(fù)合材料加筋板的動(dòng)力屈曲特性，考慮對(duì)材料性能影響顯著的應(yīng)變率效應(yīng)和復(fù)合材料固有的損傷特性。主要研究?jī)?nèi)容包括：高應(yīng)變率下CFRP復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及本構(gòu)模型研究；建立CFRP復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)沖擊屈曲實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，提出高效的數(shù)值計(jì)算新方法，并通過(guò)動(dòng)力屈曲理論分析方法，全面研究CFRP復(fù)合材料加筋板的沖擊動(dòng)力屈曲特性，同時(shí)關(guān)注其損傷模式及其演化規(guī)律。本項(xiàng)目的研究試圖建立、發(fā)展和完善復(fù)合材料加筋板的動(dòng)力屈曲特性的研究方法和手段，揭示材料性能、結(jié)構(gòu)特性與復(fù)合材料加筋板的動(dòng)力屈曲特性和損傷機(jī)理的內(nèi)在聯(lián)系，為其工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)，力圖提升我國(guó)相關(guān)行業(yè)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究水平。