本发明专利技术属于船舶减振降噪相关技术领域，并公开了一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法及系统。该方法包括下列步骤：S1对于船舶中贴附有声学黑洞阻尼层的梁结构，选取包含均匀梁和所述声学黑洞阻尼层的耦合系统作为研究对象，将该研究对象简化为耦合连接的两层梁，两层梁的材料属性和截面形式不同；S2构建耦合系统的运动控制方程；S3求解耦合系统的运动控制方程，分别获得在自由振动下耦合系统的固有频率和在外部激励下耦合系统的振动响应。通过本发明专利技术，解决含声学黑洞阻尼层的梁结构的固有频率和振动响应的快速预报效率低、经济性差的问题。
1、船舶振动和声辐射的本质来自于船舶结构中弹性波的传播以及与周围声介质如空气、水的相互耦合作用，调控船舶结构中弹性波的传播对减振降噪具有重要意义。传统的吸振、隔振、阻尼和阻振等减振降噪方法在抑制和调控弹性波实现船舶减振降噪中发挥了重要作用，但这些方法中，吸振只对线谱噪声有效果，隔振成本较高，且受到总体重量、空间尺寸和材料性能等多方面的限制，传统的阻尼、阻振方法仅适用于中高频段。
2、而声学黑洞阻尼层作为一种轻型高阻尼结构形式，具有可设计性强，抑振频段宽等优点，为船舶减振降噪的理论和技术突破提供了新的思路，为突破船舶的宽频带噪声控制难题提供了良好的借鉴。但对于船舶中贴附有声学黑洞阻尼层的梁结构，用数值方法进行建模和计算，存在效率低、经济性差的劣势。
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法及系统，其目的在于解决含声学黑洞阻尼层的梁结构的固有频率和振动响应的快速预报效率低、经济性差的技术问题。
>3、s1.对于船舶中贴附有声学黑洞阻尼层的梁结构，选取包含均匀梁和所述声学黑洞阻尼层的耦合系统作为研究对象，将该研究对象简化为耦合连接的两层梁，两层梁的材料属性和截面形式不同；4、s2.构建均匀梁以及声学黑洞阻尼层这两层梁的振动控制方程，并设置两层梁之间的耦合约束条件，构建所述耦合系统的运动控制方程；
5、s3.求解所述耦合系统的运动控制方程，分别获得在自由振动下所述耦合系统的固有频率和在外部激励下所述耦合系统的振动响应。
6、优选地，步骤s2具体包括以下步骤：
7、s21.基于timoshenko梁理论得到均匀梁和声学黑洞阻尼层的位移函数，并求取均匀梁和声学黑洞阻尼层的动能和势能，基于hamilton原理结合动能和势能，建立均匀梁、声学黑洞阻尼层的振动控制方程；
8、s22.基于layerwise分层理论来考虑均匀梁和声学黑洞阻尼层在耦合位置处的面内位移和垂向位移的连续性特性，设置均匀梁和声学黑洞阻尼层的耦合约束条件；结合耦合约束条件通过虚拟弹簧法将s21中均匀梁、声学黑洞阻尼层的振动控制方程耦合获得耦合系统的运动控制方程。
9、优选地，在步骤s21中，所述均匀梁和声学黑洞阻尼层的位移函数计算公式如下：
10、均匀梁：
11、声学黑洞阻尼：
12、其中，u1和u2分别为均匀梁、声学黑洞阻尼层的面内位移，u01(x)和u02(x)分别为均匀梁、声学黑洞阻尼的中性面面内位移，w1和w2分别为均匀梁、声学黑洞阻尼的的垂向位移，θ1(x)和θ2(x)分别为均匀梁和声学黑洞阻尼绕中性轴垂直方向的转角，t为时间，x为耦合系统的轴向坐标，z为耦合系统的垂向坐标，和为均匀梁的位移形函数向量，和为声学黑洞阻尼的位移形函数向量，a11,a21和a31为对应和的待定系数，a12,a22和a32为对应和的待定系数。
13、优选地，在步骤s21中，所述均匀梁、声学黑洞阻尼层的振动控制方程为：
14、
15、其中，刚度矩阵系数k是将矩阵k1和k2按照分块矩阵原则对角排列，矩阵k1和k2分别为均匀梁和声学黑洞阻尼层对应的刚度矩阵；质量矩阵系数m是将矩阵m1和m2按照分块矩阵原则对角排列，矩阵m1和m2分别为均匀梁和声学黑洞阻尼层对应的质量矩阵；a为位移幅值系数，矩阵a1和a2分别为均匀梁和声学黑洞阻尼层对应的幅值向量矩阵，ω为圆频率，f为外力对应的幅值向量。
16、优选地，在步骤s22中，均匀梁和声学黑洞阻尼层的耦合约束条件为：
17、
18、其中，hu为均匀梁的厚度，ha为声学黑洞阻尼层的最大厚度，u01(x)和u02(x)分别为均匀梁、声学黑洞阻尼的中性面面内位移，w1和w2分别为均匀梁、声学黑洞阻尼的的垂向位移。
19、优选地，在步骤s22中，所述连续性特性为，均匀梁和声学黑洞阻尼层在耦合位置处的面内位移和垂向位移相等。
20、优选地，在步骤s22中，所述耦合系统的运动控制方程为：
21、
22、其中，为耦合系统刚度矩阵。
23、优选地，在步骤s3中，求解所述耦合系统的固有频率时是令外力的幅值向量f为零向量，通过将所述耦合系统的运动控制方程的系数矩阵的行列式为零得到圆频率ω，进而根据公式ω＝2πf得到耦合系统的固有频率f。
24、优选地，在步骤s3中，求解在外部激励下所述耦合系统的振动响应，是通过将所述外部激励施加在耦合系统上，以此更新耦合系统的运动控制方程，通过系数矩阵的行列式求逆并与外力对应的幅值向量f左乘运算得到耦合系统的运动控制方程中的位移幅值系数a，进而得到耦合系统的振动响应。
25、按照本专利技术的另一方面，提供了一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的系统，该系统包括处理器，该处理器用于执行上述所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法。
26、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
27、1.本专利技术中首先将包含均匀梁和声学黑洞阻尼层的耦合系统等效为耦合连接的两层梁；然后构建耦合系统的运动控制方程；最后求解耦合系统的固有频率和振动响应；可以有效的对含声学黑洞阻尼层的梁结构的振动特性进行求解，为声学黑洞实现在船舶结构减振降噪中的应用提供理论依据，对比现有的数值方法，具有更好的效率和经济效益；
28、2.本专利技术中分别利用均匀梁和声学黑洞阻尼层在连接面处的面内位移和垂向位移连续，充分考虑了两层梁结构之间剪切特性的影响，更加贴合实际的应用场景符合实际应用情况；
29、3.本专利技术对含声学黑洞阻尼层的梁结构进行理论建模和计算分析，通过改变均匀梁及声学黑洞阻尼参数，即可得到不同含声学黑洞阻尼层的梁结构的振动特性；相比于数值方法，建模效率和计算效率均有显著提高。
30、4.本专利技术求得耦合系统的固有频率和不同激励作用下的振动响应，结果与有限元软件计算结果吻合良好；通过快速预报耦合系统的振动特性，进一步完善含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的理论体系，为声学黑洞用于船舶结构的减振降噪提供理论支撑。
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【技术保护点】
1.一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：
2.如权利要求1所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：步骤S2具体包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：在步骤S21中，所述均匀梁和声学黑洞阻尼层的位移函数计算公式如下：
4.如权利要求2所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：在步骤S21中，所述均匀梁、声学黑洞阻尼层的振动控制方程为：
5.如权利要求2所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：在步骤S22中，均匀梁和声学黑洞阻尼层的耦合约束条件为：
6.如权利要求2所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：在步骤S22中，所述连续性特性为，均匀梁和声学黑洞阻尼层在耦合位置处的面内位移和垂向位移相等。
7.如权利要求4所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的计算方法，其特征在于：在步骤S22中，所述耦合系统的运动控制方程为：
8.如权利要求7所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：在步骤S3中，求解所述耦合系统的固有频率时是令外力的幅值向量F为零向量，通过将所述耦合系统的运动控制方程的系数矩阵的行列式为零得到圆频率ω，进而根据公式ω＝2πf得到耦合系统的固有频率f。
9.如权利要求7所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：在步骤S3中，求解在外部激励下所述耦合系统的振动响应，是通过将所述外部激励施加在耦合系统上，以此更新耦合系统的运动控制方程，通过系数矩阵的行列式求逆并与外力对应的幅值向量F左乘运算得到耦合系统的运动控制方程中的位移幅值系数A，进而得到耦合系统的振动响应。
10.一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的系统，其特征在于，该系统包括处理器，该处理器用于执行权利要求1-9任一项所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法。
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【技术特征摘要】
1.一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：
2.如权利要求1所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：步骤s2具体包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：在步骤s21中，所述均匀梁和声学黑洞阻尼层的位移函数计算公式如下：
4.如权利要求2所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：在步骤s21中，所述均匀梁、声学黑洞阻尼层的振动控制方程为：
5.如权利要求2所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：在步骤s22中，均匀梁和声学黑洞阻尼层的耦合约束条件为：
6.如权利要求2所述的一种含声学黑洞阻尼层的梁结构振动的确定方法，其特征在于：在步骤s22中，所述连续性特性为，均匀梁和声学黑洞阻尼层在耦合位置处的面内位移和垂向位移相等。
7.如权利要求4所述的一种含声学黑洞...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱翔，万志威，李天匀，万沪川，钟可欣，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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