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舰艇、航空航天、建筑等工程领域中的振动和噪声问题一直被国内外学者所关注。实际工程结构通常有复杂的边界条件并遭受各种载荷，恶劣的环境载荷甚至会造成结构的破坏，这些都会影响实际结构的动态性能和声学性能，因此，建立符合实际的物理模型对于准确预报结构的动力学性能和声学性能至关重要。另外，如何实现轻质结构的宽频减振降噪也是国内外科研工作者研究的热点，周期性结构在特定频率内所具有的阻止弹性波传播的带隙特性为结构的减振降噪提供一种新的思路，但目前计算周期性带隙结构基本上都假定元胞单元之间的连接方式是刚性固定的，这种理想化的元胞单元边界连接方式不利于局部共振带隙结构的实际应用，同时研究设计轻质、低声辐射及隔声性能优良的结构也具有非常重要的理论意义和实用价值。针对上述问题，本论文以舰艇工程中常见的静压力（或静水压力）、热等环境载荷和局部板壳结构为研究对象，建立了环境载荷对弹性边界条件下板壳结构声学性能影响计算模型，分析了弹性边界条件（或弹性连接）、力载荷、热载荷、损伤等对板壳结构声学性能的影响。此外，还建立了基于元胞单元弹性连接的局部共振板结构的计算模型，讨论了元胞单元弹性连接刚度对局部共振板结构带隙及动态性能的影响，并提出了基于多带隙局域共振结构阻尼及多频谐振作用的宽带隙设计方法。
本论文主要内容和成果如下:
(1)将弹性基础刚度、边界刚度及弹性连接刚度计入总体刚度矩阵，建立了加筋板、加筋板-圆柱壳耦合结构振动声辐射计算模型，讨论了弹性基础刚度、边界刚度及弹性连接刚度对板壳结构振动声学性能的影响。结果表明，从自由边界—简支边界—刚性固定边界过渡过程中，存在两个固有频率急剧增加的阶段，在实际结构振动计算时要特别注意，以免引起大的误差。同时边界支持刚度是影响结构声辐射效率的重要参数，“软”边界有助于降低结构声辐射效率。当支持边界刚度足够大，增加弹性基础刚度时，加筋板声辐射效率变化较小，但增加弹性基础刚度可以减小结构表面速度均方值，从而降低结构低频辐射噪声，同时弹性基础范围、弹性基础位置等可能影响结构辐射声功率减小的幅值。另外，耦合结构的模态可分为单一结构模态和多个结构耦合模态，当连接刚度增加时，耦合结构的均方速度曲线和辐射声功率曲线均向高频移动且共振峰值增加，共振频率数目减少。
(2)计算了面内载荷作用下加筋板结构振动声辐射性能，并通过引入多个随机入射角、振幅、相位角的平面波相互叠加来模拟混响声场，建立了静压力下混响声场激励的加筋板隔声性能计算模型，该模型可用于静压力作用时结构低频隔声性能修正。在此基础上，建立了静（水）压下加筋板-圆柱壳弹性耦合结构水下声辐射性能计算模型，该模型允许结构具有任意复杂的弹性边界和结构之间的弹性连接方式，计及了静（水）压力引起的应力刚度并给出了其显式表达式。另外，还建立了局部热载荷下任意边界条件层合板结构振动及声辐射的计算模型，研究了边界条件、受热位置、受热面积等对板结构临界温度、振动频率以及结构声辐射性能的影响，提高了实际环境中复杂结构声辐射性能预报的准确性。
(3)建立了基于元胞单元弹性连接的局部共振板结构的计算模型，研究了元胞单元弹性连接刚度对局部共振结构带隙及动态性能的影响。数值结果表明，存在一个元胞单元弹性连接刚度范围，在此范围内连接刚度增加时，局部共振结构带隙频率及抑制弹性波的程度迅速增加，而大于此范围时，局部共振结构带隙频率及抑制弹性波的程度基本不变，这一发现拓宽了利用局部共振结构进行振动与噪声控制的应用范围。另外，单带隙局部共振结构形成的低频带隙通常较窄且带隙附近又易出现隔声低谷。为克服上述缺点，首先，研究了边界条件、载荷、弹簧系统频率对结构带隙的影响;其次，建立了局部共振多带隙板结构及其局部共振带隙板-圆柱壳弹性耦合结构声辐射性能计算模型，研究了结构阻尼对结构声辐射性能的影响;最后，在此基础上计算了混响声场激励的多带隙局部共振板结构隔声性能，提出了基于共振结构阻尼、多频谐振作用的结构宽带隙设计方法，该方法不以牺牲结构刚度和增大结构质量为代价，并且受约束、环境载荷、材料等影响较小，既实现了远高于原结构的宽带隔声量，又消除了带隙附近的隔声低谷，为轻质、低声辐射及隔声性能优良的实际结构设计提供参考。
(4)基于复合材料各向异性损伤本构关系，建立了力-热载荷引起的结构损伤对加筋圆柱壳声辐射性能影响计算模型，分析了损伤对复合材料圆柱壳的声辐射性能的影响。结果表明，当温度载荷和外压力载荷作用于加筋圆柱壳结构时，圆柱壳和横向筋单元要先于纵向筋发生损伤，并且随着结构损伤程度的增加，加筋圆柱壳结构刚度减小，基频逐渐变小。损伤程度较小时，加筋圆柱壳结构的均方速度、辐射声功率和声辐射效率变化较小;损伤程度较大时，加筋圆柱壳结构的均方速瘦、辐射声功率和声辐射效率变化与频率相关:中低频时，加筋圆柱壳结构均方速度及辐射声功率均明显增加，加筋圆柱壳表面均方速度曲线和辐射声功率曲线明显向低频移动，高频时，结构的声辐射效率减小，辐射声功率也随之减小。
本论文主要内容和成果如下:
(1)将弹性基础刚度、边界刚度及弹性连接刚度计入总体刚度矩阵，建立了加筋板、加筋板-圆柱壳耦合结构振动声辐射计算模型，讨论了弹性基础刚度、边界刚度及弹性连接刚度对板壳结构振动声学性能的影响。结果表明，从自由边界—简支边界—刚性固定边界过渡过程中，存在两个固有频率急剧增加的阶段，在实际结构振动计算时要特别注意，以免引起大的误差。同时边界支持刚度是影响结构声辐射效率的重要参数，“软”边界有助于降低结构声辐射效率。当支持边界刚度足够大，增加弹性基础刚度时，加筋板声辐射效率变化较小，但增加弹性基础刚度可以减小结构表面速度均方值，从而降低结构低频辐射噪声，同时弹性基础范围、弹性基础位置等可能影响结构辐射声功率减小的幅值。另外，耦合结构的模态可分为单一结构模态和多个结构耦合模态，当连接刚度增加时，耦合结构的均方速度曲线和辐射声功率曲线均向高频移动且共振峰值增加，共振频率数目减少。
(2)计算了面内载荷作用下加筋板结构振动声辐射性能，并通过引入多个随机入射角、振幅、相位角的平面波相互叠加来模拟混响声场，建立了静压力下混响声场激励的加筋板隔声性能计算模型，该模型可用于静压力作用时结构低频隔声性能修正。在此基础上，建立了静（水）压下加筋板-圆柱壳弹性耦合结构水下声辐射性能计算模型，该模型允许结构具有任意复杂的弹性边界和结构之间的弹性连接方式，计及了静（水）压力引起的应力刚度并给出了其显式表达式。另外，还建立了局部热载荷下任意边界条件层合板结构振动及声辐射的计算模型，研究了边界条件、受热位置、受热面积等对板结构临界温度、振动频率以及结构声辐射性能的影响，提高了实际环境中复杂结构声辐射性能预报的准确性。
(3)建立了基于元胞单元弹性连接的局部共振板结构的计算模型，研究了元胞单元弹性连接刚度对局部共振结构带隙及动态性能的影响。数值结果表明，存在一个元胞单元弹性连接刚度范围，在此范围内连接刚度增加时，局部共振结构带隙频率及抑制弹性波的程度迅速增加，而大于此范围时，局部共振结构带隙频率及抑制弹性波的程度基本不变，这一发现拓宽了利用局部共振结构进行振动与噪声控制的应用范围。另外，单带隙局部共振结构形成的低频带隙通常较窄且带隙附近又易出现隔声低谷。为克服上述缺点，首先，研究了边界条件、载荷、弹簧系统频率对结构带隙的影响;其次，建立了局部共振多带隙板结构及其局部共振带隙板-圆柱壳弹性耦合结构声辐射性能计算模型，研究了结构阻尼对结构声辐射性能的影响;最后，在此基础上计算了混响声场激励的多带隙局部共振板结构隔声性能，提出了基于共振结构阻尼、多频谐振作用的结构宽带隙设计方法，该方法不以牺牲结构刚度和增大结构质量为代价，并且受约束、环境载荷、材料等影响较小，既实现了远高于原结构的宽带隔声量，又消除了带隙附近的隔声低谷，为轻质、低声辐射及隔声性能优良的实际结构设计提供参考。
(4)基于复合材料各向异性损伤本构关系，建立了力-热载荷引起的结构损伤对加筋圆柱壳声辐射性能影响计算模型，分析了损伤对复合材料圆柱壳的声辐射性能的影响。结果表明，当温度载荷和外压力载荷作用于加筋圆柱壳结构时，圆柱壳和横向筋单元要先于纵向筋发生损伤，并且随着结构损伤程度的增加，加筋圆柱壳结构刚度减小，基频逐渐变小。损伤程度较小时，加筋圆柱壳结构的均方速度、辐射声功率和声辐射效率变化较小;损伤程度较大时，加筋圆柱壳结构的均方速瘦、辐射声功率和声辐射效率变化与频率相关:中低频时，加筋圆柱壳结构均方速度及辐射声功率均明显增加，加筋圆柱壳表面均方速度曲线和辐射声功率曲线明显向低频移动，高频时，结构的声辐射效率减小，辐射声功率也随之减小。