学术前沿 | 双壁功能梯度微板中与温度相关的声音传输损失的增强应变梯度模型

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-07-12 21:49

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随着功能梯度（FG）微板在航空航天和汽车应用的结构声学超材料中的使用越来越多，声音传输损失的精确建模对于有效的振动和噪声控制工程至关重要。在本研究中，基于一阶剪切变形理论（FSDT）建立了一个理论模型，用于估计通过具有简支边界条件的充气矩形双壁 FG 微板的声音传输损失（STL）。微板处于非线性热环境中，并采用修正应变梯度理论 (MSGT)，结合三个材料长度尺度参数来解释尺寸效应。材料特性与温度相关，并且在厚度范围内变化，遵循幂律分布。利用声速势、法向速度连续性条件和哈密顿原理导出尺寸相关的耦合振动声学方程，并随后使用伽辽金法求解。通过将 MSGT 模型获得的结果与修正偶应力理论 (MCST) 和经典连续介质理论 (CCT) 模型获得的结果进行对比来进行比较分析，从而评估所提出解决方案的准确性和精度。此外，还研究了梯度指数、长度尺度参数、温度变化、入射角和声腔深度等各种参数对 STL 的影响。主要研究结果表明，在刚度控制区域，长度尺度参数显着增强了 STL，而幂律指数和温度变化则降低了 STL。

本研究建立了一个利用FSDT预测双壁FG微孔板在非线性热负荷作用下的STL的理论模型。该模型包含了一个与大小相关的MSGT效应。考虑到材料的特性，假设有温度依赖性和厚度依赖性遵循幂律分布。利用声速势、正常速度连续性条件和汉密尔顿原理，建立了考虑尺寸相关性的耦合振动声学方程。为了寻找解决方案，我们采用了伽辽金技术。通过与以往研究的数据进行比较，对解决方案的正确性和精度进行评估。数值研究研究了各种因素对STL的影响。同时还考虑了声腔深度、入射角、温度范围和梯度指数。这项研究的主要发现包括：

• 在STL图的低频带中，被称为“刚度控制区域”，长度尺度参数对结构刚度的影响导致了STL的增加。

•温度的变化在较低频率范围内对STL有重大影响，但在较高频率范围内对STL的影响可以忽略不计。

•在低频刚度控制区域，增加幂律的函数指数减少了由于陶瓷样结构行为向金属样结构行为的转变而产生的声传输损失。