基于传声损失的复合材料结构优化研究

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1、基于传声损失的复合材料结构优化研究陈炉云张裕芳（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240）摘要：基于复合材料一阶剪切理论-Mindlin理论的板单元和基于Rayleigh表面积分方程的边界元，对嵌在无限障板上的复合材料层合板的声传递问题进行分析。分析空气中的夹层板的动力特性和传声特性。在此基础上,建立复合材料的结构传声损失优化设计模型。最后，对于传声损失问题，基于遗传算法进行了对称型复合材料板结构的铺层几何进行优化分析。算例验证了优化方法的有效性。关键词：复合材料；传声损失；铺层几何；遗传算法中图分类号:TB532StructuralOptimizationofCom

2、positeMaterialBasedonSoundTransmissionLossChenLuyunZhangYufang(SchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240,China)AbstractOnthebasisofplatefiniteelementbasedonMindlinfirstordersheareffectplatetheoryandboundaryelementbasedonRayleighintegralonthe

3、platesurface,thesoundtransmissionoflaminatedcompositeplatesonaninfinitebaffleisdiscussed.Thedynamicandsoundtransmissioncharacteristicsofthelaminatedcompositeplatesintheairareanalysis.Onthisbasis,asoundtransmissionlossoptimizationmodelofcompositestructurewasestablished.Intheend,basedonsoundtr

4、ansmissionlosstheory,thegeneticalgorithmusingasoptimizationstrategy,therehavedealwiththestackingsequenceproblemofsymmetriccompositelaminateoptimization.Thenumericalresultsrevealthevalidityofthecalculatingways.Keywords:compositematerial;soundtransmissionloss;stackingsequence;geneticalgorithm(

5、GA)复合材料因其优良的能量吸收性能被广泛应用于隔声材料，对于复合材料的声学特性，王旌生等[1]对水中复合材料的声学特性问题进行了系统的论述。陈美霞等[2]采用有限元和边界元方法分析平板结构的振动和声辐射,并对比分析了流体特性对声辐射特性的影响。李海涛等[3]应用声传递矩阵法推导了多层结构的反射、透射系数计算公式，分析材料参数、背衬形式、声入射角度对结构声学特性的影响。黎胜等[4]对比了复合材料层合板铺层厚度和角度等参数对声传输的影响，并指出复合材料铺层几何设计中需要注意的问题。洪明等[5]根据Zig-Zag模型，运用有限元和边界元理论对夹层板结构的振动和声传输特性数值模拟研究

6、。K·达内什柔等[6]建立了考虑横向剪切变形的复合材料圆柱壳的声传输分析模型。Lee[7]利用改进声传输矩阵来进行多层材料的声传输损失特性进行预测分析。Legault等[8]以结构重量最小化为出发点，开展了声传输问题的理论和实验研究。Wang等[9]在考虑了剪切变形的基础上，对层合板的声传输问题开展了研究。Xin等[10]对流体载荷下的带肋骨的层合板的声传输问题开展了研究。对于复合材料的结构优化问题，李烁等[11]采用神经网络响应面法进行复合材料的结构优化设计。Irisarri等[12]开展了对多层复合材料的多目标优化分析。Lee等[13]应用多目标进化算法对多层复合材料进行分

7、析。Xu等[14]研究了复合材料的声学特性，并进行开展结构拓扑优化。Denli等[15]对夹芯复合材料的声辐射优化问题进行了研究。本文对复合材料层合板在低频段下简谐平面声波斜入射情况下声传输问题进行了研究。以提高结构隔声效果为目的，以复合材料的铺层厚度、铺层角度等参数为设计变量，建立了复合材料隔声优化模型，采用遗传算法进行结构优化。1声传输理论在结构声传输研究中，用传声损失来描述结构的隔声性能。结构声传输模型如图1所示，板结构嵌在无限障板上，将整个空间分为两个声场，即声入射场()和声辐射场(