复材机身曲板声学分析及隔音棉优化设计

为研究飞机复材机身曲板的声学特性,用VA One建立的统计能量复材曲板模型计算了在三种不同工况下复材曲板的隔声量,并将仿真结果同试验数据进行比较,以此验证其有效性;随后用该统计能量模型分析了铺设不同厚度、密度的隔音棉对复材曲板隔声量的影响,并以模型中接收室的声压级为对象,将隔音棉厚度、密度两个参数进行优化分析,得到了二者在飞机工程应用中的最佳组合方式;最后研究了铺设不同面积隔音棉对复材曲板隔声性能的影响。结果表明：铺设的隔音棉厚度对复材曲板隔声量影响较大,而在目前可选的航空声学材料范围内,铺设的隔音棉密度对复材曲板隔声量影响较小,且二者在飞机工程应用中的最佳组合为厚度5 in,密度9.6 kg/m3;复材机身曲板上的隔音棉铺设面积建议在80%以上,以在飞机工程应用中达到较好的隔声效果。     

提高飞机壁板低频宽带隔声的层合声学超材料

针对飞机舱内的低频宽带噪声控制难题，提出了适用于飞机壁板隔声增强的层合声学超材料。该层合声学超材料由前、后2层不同构成参数的约束型薄膜声学超材料板，及其中间填充的多孔吸声材料复合而成。通过建立层合声学超材料的隔声计算有限元模型，分析各层约束型薄膜声学超材料，以及两者复合构成的层合声学超材料的隔声特性关系，着重研究层合声学超材料的负质量效应对其隔声特性的影响机理。基于四传声器法声阻抗管测试系统，测量层合声学超材料的法向入射隔声量，用以验证有限元模型的有效性。最后，在半消室开展大尺寸层合声学超材料的插入损失试验，结果表明在100～500 Hz的低频工作频段，面密度为1.5 kg/m²的层合声学超材料样件，其算术平均插入损失达到14 dB,体现了优异的低频宽带隔声能力。研究工作对于采用轻薄声学超材料提高飞机壁板的低频宽带隔声性能具有一定的理论和工程指导价值。     

一种新型金属丝网夹层阻尼板的研制

基于金属丝网材料机理设计制作了金属丝网夹层阻尼板,在悬臂和自由悬吊两种支持条件下对夹层板与同厚度单层铝板分别进行了振动衰减实验和稳态振动特性实验,研究了金属丝网夹层阻尼板的阻尼特性和动态特性,并对金属丝网夹层阻尼板的模态频率、模态振型和模态阻尼进行了识别和分析,通过比较夹层板与同厚度单层铝板的阻尼特性,检验了夹层阻尼板的减振效果以及验证了本文设计方法的有效性。     

复合材料薄板结构中的声学黑洞效应探究

声学黑洞（ABH）作为一种新型波操控技术，通过裁剪结构厚度以实现波能量的聚集与耗散，在工程结构的减振降噪、能量回收等方面具有很好的应用前景。碳纤维复合材料（CFRP）具有质量轻、高比强度和比模量的特点，广泛应用于航空工程结构中。为了探究复合材料结构中的ABH效应，本文针对内嵌式的碳纤维复合材料ABH薄板结构（CFRP-ABH），利用有限元方法验证了其能量聚集效应，并探究了铺层角度对能量聚集效应的影响。另外，通过仿真计算和实验测试，研究分析了CFRP-ABH结构的动力学特性。结果表明，在200～3 000 Hz的频率范围内，CFRP-ABH结构的振动水平相对于均匀厚度板有5～18 dB的降低，表现出优秀的宽频减振性能。     

一种高空飞艇螺旋桨结构多目标优化设计方法

为了远离旋转激振力的影响避免桨叶共振,需要提高桨叶的弯曲频率,这不可避免的会增加质量。为了解决低质量与高频率之间的矛盾,提出了一种螺旋桨两目标优化方法。以桨叶最小质量和最大弯曲频率作为两个优化目标,以复合材料的铺层角度、铺层厚度和铺层区域作为设计变量,以最大应变、桨尖最大位移和桨叶50%、75%和85%剖面处的扭转角作为约束,使用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对螺旋桨进行优化设计,得到了关于质量和频率的Pareto解集。转速为520 r/min的两叶桨的转频为8.76 Hz,穿越频率为17.33 Hz,根据频率在Pareto解集上选取远离这两个点的方案。通过制造与测试,得到的实物桨叶频率为12.29 Hz,距离两个共振点都较远,有效的避免了桨叶共振。      

一种面向工程的气动弹性剪裁技术

以COMPASS为平台研究了蒙皮铺层主方向角对机翼气动弹性的影响,以及采用不同形式的多项式函数表示蒙皮厚度的方法,分析了设计变量的敏度计算方法,并运用优化的方法对两个复材机翼结构进行了位移、频率、发散和颤振速度约束下的剪裁设计,获得了结构响应与主方向角的变化曲线和机翼表面的厚度分布等高线.研究结果表明本方法拓宽了复材机翼的设计手段,具有广阔的应用前景.     

N型防护结构的试验与仿真研究

在不增加空间碎片防护结构整体尺寸和质量的情况下,基于防护结构在斜撞击条件下弹道极限高于正撞击条件下弹道极限的特性,研究了一种将3层平行铝板结构的中间层进行倾斜的N 型防护结构,采用超高速碰撞试验和三维SP H 数值仿真方法,定量对比了N型防护结构与相同面密度3层平行铝板结构的防护性能。研究结果初步证实,在正撞击情况下,倾斜的中间层具有提升结构防护性能的作用。     

复合材料机翼气动弹性剪裁综合研究

研究了铺层厚度、铺层比例、铺层主方向角和厚度多项式对机翼气动弹性性能的影响，利用COMPASS分别对复合材料直机翼、三角翼和前掠翼3种机翼布局进行了位移、频率、发散和颤振速度约束下的气动弹性剪裁设计，获得了不同铺层参数下的优化设计结果。算例计算结果表明，采用多种设计形式能够充分挖掘复合材料使用的潜力，有效地改善机翼的气动弹性性能。     

低温共固化高阻尼复合材料

在低温下实现了嵌入式阻尼复合材料的共固化，且共固化层合板具有良好的层间结合性能。通过正交试验研制出一种能够与玻璃纤维/酚醛树脂预浸料在80℃时共固化且力学性能优良的黏弹性材料组分。探索使用强极性的四氢呋喃作为溶剂将黏弹性阻尼材料溶解为阻尼胶浆，然后用刷涂工艺制作带阻尼薄膜的预浸料，最终按照预定的铺层经过共固化工艺制备出嵌入式低温共固化复合材料试件。自由衰减试验及层间剪切试验获得了阻尼性能及剪切性能随阻尼层厚度的变化规律曲线，实验数据表明：随着阻尼层厚度增大，复合材料结构的阻尼系数变大，层间剪切应力逐渐减小。     

考虑可制造性的变刚度复合材料加筋壁板的优化设计

由于变刚度复合材料具有更大的设计空间，能更充分发挥复合材料各向异性的优势，研究其优化设计方法越来越重要。本文首先考虑了工形长桁加筋壁板变刚度复合材料的可制造性，并通过自动铺丝工艺试验获得了纤维的变角度极限范围。研究了壁板面板的铺放角度对加筋结构屈曲强度的影响，然后利用Python编程，结合Abaqus有限元软件通过遗传算法对工形长桁加筋壁板的面板铺层设计进行了优化。研究发现，纤维角度变化宜控制在20°范围内，当面板与筋条同时承受压缩载荷时，面板为纯0°铺层的加筋结构的屈曲强度比纯90°铺层时要低；遗传算法稳定且收敛性好，通过优化后的结果发现，纤维角度集中在60°～65°时，加筋结构的屈曲强度最高。变刚度复合材料可提高加筋壁板屈曲性能，应用前景广阔。     

大型客机典型壁板传声损失特性的数值分析研究

以统计能量法为数值分析手段,对大型客机典型壁板结构的传声特性进行深入分析与研究.首先从传声损失与统计能量法基本理论出发,推导了由发声室-隔声结构-接收室三者组成的分析模型的结构传声损失表达式.以此作为理论着眼点,从飞机有限元模型中提取前客舱段的壁板结构,通过模型清理与声学简化,建立起飞机壁板结构传声损失的统计能量预计模...     

飞机壁板辐射声的有源控制

利用一块飞机壁板讨论有源消声技术降低飞机舱内噪声。首先从理论上说明了利用有源消声抵消壁板辐射声的可行性;介绍了可用于工程的自适应有源消声器;最后在实验室对振动激励的壁板输射声、声激励时壁板的透射声进行了消声实验,取得了良好的效果。     

计及复合材料受剪板后屈曲的薄壁结构分析

 本文提出了一种具有后屈曲复合材料受剪板的薄壁结构分析方法。假定后屈曲受剪板处于半张力场应力状态。以等效受剪板代替上述的后屈曲板,则可利用常规有限元法进行该结构分析。等效受剪板的刚度等于后屈曲复合材料受剪板的增量刚度,而后者系由余虚功原理与最小余能原理决定的。利用常规有限元法确定增量位侈,然后再根据余虚功原理求得后屈曲复合材料受剪板的应力增量和应变增量。     

FGM板三维层合模型及热-噪声载荷下的动态响应研究

 为了有效地分析热-噪声联合载荷作用下的飞行器功能梯度壁板结构的非线性动态响应,提出了运用复合材料多层壳单元建立功能梯度材料(FGM)板的层合有限元建模新方法,研究了FGM板在热曲屈前、后状态下复杂的非线性时域动态响应特性,并探讨了梯度指数、热曲屈系数及声压级(SPL)等参数对FGM板非线性动态跳变响应的影响规律。FGM板三维层合建模新方法避免了采用常规有限元法(FEM)建模时需要在厚度方向划分大量单元的缺点;求解FGM板非线性动态响应时采用的隐式积分方案避免了模态叠加法对参与模态选择的经验性要求及模态截断造成的信息丢失等缺陷。仿真结果表明:FGM板层合有限元建模新方法合理可行、过程简便、计算精度高;研究发现:陶瓷-金属FGM板在热屈曲后的抗声振性能并不像热屈曲前那样介于金属板和陶瓷板之间,而是表现最差;热屈曲系数及声压级的组合形式是导致FGM板发生非线性跳变响应的主要影响因素。     

边界层厚度对腔体气动声学特性影响数值模拟

为了研究来流边界层厚度对开式腔体气动声学特性的影响,基于分离涡模拟方法,计算了来流马赫数为2.0条件下,不同来流边界层厚度与腔体深度比时,长深比为5.88的腔体流动特性,得到了该腔体声压级的频谱特性.计算结果表明:随着来流边界层厚度增加,形成的剪切层稳定性增强,失稳后上下摆动幅度减少,失稳生成的大尺度涡与超声速主流的相互作用减弱,使得大尺度涡发展到腔体后缘时所具有的平动动能和转动动能降低.大尺度涡撞击腔体后缘在腔体内形成的气动噪声的声压级降低,最大减小幅度达7.5dB.同时各阶模态的频率也发生偏移,偏移值在100Hz左右.基于新的假设重新推导了Rossiter公式,明确了经验常数的物理意义,并以此解释了频率偏移现象.      

多层黏弹性复合材料结构阻尼性能优化设计

针对多层黏弹性复合材料结构阻尼性能设计优化问题,运用能量法既考虑其面内应变能,又考虑其横向剪切应变能,建立其损耗因子的计算模型,并用实验方法验证其挠度函数的可行性.然后以多层黏弹性复合材料结构的损耗因子最大化为优化目标,用改进遗传算法对其阻尼性能进行单变量和多变量优化设计.数值结果表明,应用遗传算法优化设计多层黏弹性复...     

铝锂合金机身壁板抗压能力对比

本文通过有限元计算及试验两种方法对比分析了铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板与铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的壁板的抗压能力。通过分析验证得到了两种机身壁板的抗拉承载能力,并比较出了两种壁板的抗压承载能力强弱。分析结果表明,铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板抗压承载能力高于等截面的铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的壁板。     

飞机壁板结构隔声计算与实验研究

研究了典型飞机壁板结构的隔声特性。在透射系数的计算中,考虑了飞行隔框、长桁对蒙皮刚度的影响,从而对透射系数中的刚度项进行了修正。对两种结构形式的壁板做了对比隔声实验与理论计算,计算结果与实验数据基本吻合。文中给出飞机隔声设计的~些参考性准则。     

蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展

综述了有关铝蜂窝芯、芳纶纸蜂窝芯及其复合材料在制造工艺上的研究成果;蜂窝夹层结构复合材料在隔音、隔热、耐老化、冲击性能等方面的最新研究进展,并对蜂窝夹层结构复合材料的研究方向提出了几点建议.     

铝锂合金机身壁板拉伸承载能力对比分析

本文通过有限元计算及试验两种方法对比分析了铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板与铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的机身壁板的抗拉能力。通过分析对比得到了两种机身壁板的抗拉承载能力,并比较出了两种壁板的抗拉承载能力强弱。分析结果表明,铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板抗拉承载能力高于等截面的铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的壁板。