基于气固两相流理论的颗粒阻尼复合结构振动与声辐射响应预估

本项目以颗粒阻尼技术的基础理论研究为背景，本着学科发展与工程实际的需要，旨在研究颗粒阻尼复合结构振动与声辐射响应的预估问题，通过引入气固两相流理论，并基于固体力学理论和非线性流固声振耦合理论，开发出一种简捷实用、适应面宽的进行颗粒阻尼复合结构振动与声辐射响应预估的新方法，为工程实际中具有颗粒阻尼复合结构形式的设备或产品的低噪声与低振动优化设计奠定理论基础。

颗粒阻尼技术已经成功的应用于多个领域抑制振动。然而，由于颗粒阻尼复杂的碰撞和摩擦减振机理以及其阻尼的高度非线性特性，很难预测其减振特性。本项目主要研究颗粒阻尼的减振机理，并围绕如何可以对复杂的颗粒阻尼结构的振动与声辐射响应进行快速有效的预估，在理论推导、数值模拟、实验研究等多方面进行研究和探讨。首先，对于前期开发的颗粒阻尼模型所存在的缺陷进行了改进，将原来模型中基于Hertz接触应力的干摩擦模型改为基于气固两相流理论的等效粘性阻尼模型来描述颗粒之间的摩擦作用，使得颗粒之间的摩擦效应与颗粒之间的碰撞效应具有统一的表述形式，不仅提高了模型的预估精度，而且提高了模型的适用性，为颗粒阻尼复合结构的响应预估奠定了良好的基础。其次，创造性地将该模型嵌入到多物理场耦合软件COMSOL和MATLAB软件中进行联合仿真，系统地对颗粒阻尼复合梁与板的振动响应以及颗粒阻尼复合薄壁箱体（某型轿车白车身的10:1的缩比模型）的声振响应进行了预估，并进行相应的实验验证，实验测量结果与理论预估结果具有良好的一致性。同时，研究了颗粒阻尼器施加位置、填充比、颗粒材料、以及激励载荷对其减振效果的影响。研究表明颗粒阻尼的减振效果严重依赖于结构振动的振幅及颗粒的填充比，而且较大的颗粒密度也容易取得较好的减振效果。本项目所得到的理论模型与研究方法简单实用、效果有效，不仅可以对颗粒阻尼结构的响应做出快速准确的预估而且可使计算成本大大降低。研究成果表明项目所建立的基于气固两相流理论的颗粒阻尼预估模型以及COMSOL与MATLAB软件联合仿真的方法不仅为颗粒阻尼复合结构的振动与声辐射特性的进一步深入研究奠定了重要的理论基础，而且可以为工程实际中颗粒阻尼结构的低噪声优化设计提供重要的理论指导，同时对该类结构的噪声控制也具有重要的参考价值。