CN109508490A - 一种中空铝型材的声学模型等效方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种中空铝型材的声学模型等效方法。其中，所述方法包括：将中空铝型材的夹层等效为粘弹性材料层，设置在所述中空铝型材的上面板和下面板中间，形成三层复合结构的声学模型；其中，所述上面板和所述下面板的几何结构和物理属性不变；根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数。本发明提供的中空铝型材的声学模型等效方法，将中空铝型材的夹层等效为粘弹性材料层，设置在中空铝型材的上、下两个面板中间，形成三层复合结构的声学模型，并根据夹层的相关参数，获得粘弹性材料层的等效参数，提高了中空铝型材声学建模的准确性。

Description

一种中空铝型材的声学模型等效方法

技术领域

本发明涉及声学技术领域，具体涉及一种中空铝型材的声学模型等效方法。

背景技术

在轨道交通领域，基于对列车轻量化的要求，常常选用质量轻又有足够强度的中空铝型材结构作为车体主结构。而随着高速列车速度的不断提高，车内噪声水平备受关注，用于车体主结构的中空铝型材，其隔声性能直接影响车内噪声水平，因此对中空铝型材的声学性能研究极为重要。

现有技术中，在使用有限元对中空铝型材或者整车结构进行声学建模分析时，由于中空铝型材的复杂结构，会产生庞大的网格数量，计算量极其庞大，且结算频率较低，无法满足声学仿真要求。而且在使用统计能量分析原理对中空铝型材进行建模仿真分析时，目前无法直接建立中空铝型材的结构模型，只能采用中空铝型材的等效结构建立中空铝型材的声学模型。进一步地，现有的结构等效方法，如三明治夹芯板理论、蜂窝板理论、等效板理论主要是针对蜂窝板的等效，对中空铝型材结构并不适用。现有技术中对中空铝型材的等效方法，结构非常简单，只是单纯将其等效成单层均质板，计算频率较低，属于弹性力学领域，无法在声学全频段范围准确反映中空铝型材的振动声学特性。

因此，如何提出一种中空铝型材的声学模型等效方法，能够获得准确反映中空铝型材声学性能的等效模型，以提高中空铝型材声学建模的准确性成为业界亟待解决的重要课题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种中空铝型材的声学模型等效方法。

本发明提出一种中空铝型材的声学模型等效方法，包括：

将中空铝型材的夹层等效为粘弹性材料层，设置在所述中空铝型材的上面板和下面板中间，形成三层复合结构的声学模型；其中，所述上面板和所述下面板的几何结构和物理属性不变；

根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数。

本发明提供的中空铝型材的声学模型等效方法，将中空铝型材的夹层等效为粘弹性材料层，设置在中空铝型材的上、下两个面板中间，形成三层复合结构的声学模型，并根据夹层的相关参数，获得粘弹性材料层的等效参数，提高了中空铝型材声学建模的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的中空铝型材的声学模型等效方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的中空铝型材的局部结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的中空铝型材等效前后的声压级对比曲线；

图4为本发明一实施例提供的中空铝型材等效前后振动速度结果对比曲线；

图5本发明一实施例提供的中空铝型材等效前后的隔声量对比曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例提供的中空铝型材的声学模型等效方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供的中空铝型材的声学模型等效方法，包括：

S101、将中空铝型材的夹层等效为粘弹性材料层，设置在所述中空铝型材的上面板和下面板中间，形成三层复合结构的声学模型；其中，所述上面板和所述下面板的几何结构和物理属性不变；

具体地，中空铝型材包括上面板、夹层和下面板三层结构，在对所述中空铝型材进行声学分析时，可以将所述夹层等效为粘弹性材料层设置在所述中空铝型材的上面板和下面板中间，形成所述上面板+所述粘弹性材料层+所述下面板的三层复合结构的声学模型。其中，在所述声学模型中，所述上面板和所述下面板的几何结构和物理属性不发生变化。

S102、根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数。

具体地，对于粘弹性材料而言，在所述粘弹性材料的密度、不同频率下的剪切模量和不同频率下的阻尼损耗因子确定之后，即定义了一种粘弹性材料。因此，在将所述夹层等效为所述粘弹性材料层之后，需要确定所述粘弹性材料层的等效参数，所述等效参数包括所述粘弹性材料层的等效密度、所述粘弹性材料层的不同频率下的剪切模量和所述粘弹性材料层的不同频率下的阻尼损耗因子。根据所述夹层的相关参数，可以获得所述粘弹性材料层的等效参数。其中，所述相关参数包括所述夹层几何参数和物理参数，所述几何参数例如为所述夹层的厚度，所述夹层包括的筋板的厚度等，所述物理参数例如为铝的密度、铝的弹性模量等。

例如，图2为本发明一实施例提供的中空铝型材的局部结构示意图，如图2所示，所述中空铝型材包括所述上面板、所述下面板和所述夹层，所述夹层包括筋板结构，所述筋板结构包括两个筋板，所述筋板结构可以周期性设置在所述上面板和所述下面板之间，h_c为所述夹层的厚度，t_w为所述筋板的厚度，α为一个所述筋板与所述下面板之间的夹角，L_w＝h_c/sinα。可以将所述夹层等效为所述粘弹性材料层，等效后的所述粘弹性材料层的厚度为h_c，长度方向和宽度方向的尺寸与所述夹层在所述长度方向和所述宽度方向的尺寸保持一致。

本发明提供的中空铝型材的声学模型等效方法，将中空铝型材的夹层等效为粘弹性材料层，设置在中空铝型材的上、下两个面板中间，形成三层复合结构的声学模型，并根据夹层的相关参数，获得粘弹性材料层的等效参数，提高了中空铝型材声学建模的准确性。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述夹层包括多个周期性的筋板结构；相应地，所述根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数包括：

根据所述周期性筋板结构的结构参数以及铝的密度，获得所述粘弹性材料层的等效密度。

具体地，所述夹层包括多个周期性的筋板结构，例如，如图2所示的筋板结构，设置在所述上面板和所述下面板之间，包括两个筋板，多个上述筋板结构在所述中空铝型材的上面板和面板之间周期性设置。根据所述周期性筋板结构的结构参数以及铝的密度，可以获得所述粘弹性材料层的等效密度。

例如，由于所述夹层包括周期性的筋板结构，可以基于单个所述筋板结构以及所述筋板结构对应的粘弹性材料层，计算所述粘弹性材料层的等效密度，可以获得所述筋板结构的质量，将所述筋板结构对应的所述粘弹性材料层作为长方体，所述长方体的厚度和所述夹层的厚度相等，所述长方体的长度和宽度可以根据所述筋板结构确定，根据所述筋板结构的质量与其对应的所述粘弹性材料层的质量相等，即可获得所述粘弹性材料层的等效密度。可理解的是，所述粘弹性材料层等效密度均匀的介质。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述筋板结构包括两个厚度相等的筋板，两个所述筋板对称设置且所述筋板结构与所述中空铝型材的下面板共同构成一个截面为等腰三角形的结构；相应地，所述根据所述筋板结构的结构参数以及铝的密度，获得所述粘弹性材料层的等效密度包括：

根据公式计算获得所述粘弹性材料层的等效密度ρ′，其中，a为附加质量系数，t_w为所述筋板的厚度，h_c为所述夹层的厚度，L_p＝2h_c/tanα，ρ_Al为铝的密度，L_w＝h_c/sinα，α为所述筋板与所述下面板之间的夹角。

具体地，所述筋板结构包括两个筋板，两个所述筋板的厚度相等都为t_w，所述筋板结构与所述中空铝型材的下面板共同构成一个截面为等腰三角形的结构。根据质量计算公式，所述筋板的质量m_j＝ρ_Alt_wL_wL′，其中，L_w＝h_c/sinα，h_c为所述夹层的厚度，α为所述筋板与所述下面板之间的夹角，L′为所述夹层在垂直于所述截面方向上的长度，由于所述筋板与所述上面板和所述下面板之间存在圆角过渡区域，计算所述筋板结构时需要在两个所述筋板的质量的基础上增加附加质量，所以所述筋板结构的质量m_w＝2aρ_Alt_wL_wL′，其中，a为附加质量系数，根据实际情况进行设置，a是一个大于1的数，在本实施中a可以取1.13。所述筋板结构等效后的粘弹性材料层的质量m′＝ρ′h_cL_pL′，其中，ρ′为所述粘弹性材料层的等效密度，L_p＝2h_c/tanα，h_c为所述夹层的厚度，由于所述筋板结构与其等效前后粘弹性材料层的质量相等，m_w＝m′，2aρ_Alt_wL_wL′＝ρ′h_cL_pL′，可以获得所述粘弹性材料层的等效密度的计算公式

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述夹层包括多个周期性筋板结构；相应地，所述根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数包括：

根据公式获得所述粘弹性材料层的在f₁下的剪切模量G_c，其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，f_G为所述剪切模量的突变频率，G_zy为所述粘弹性材料层在zy平面的剪切模量，G_xz为所述粘弹性材料层在xz平面的剪切模量，所述中空铝型材的厚度方向为z方向，所述筋板结构周期性重复出现的方向为x方向，y方向垂直于xz平面。

具体地，所述夹层包括多个周期性的筋板结构，例如，如图2所示的筋板结构，包括两个筋板，多个上述筋板结构在所述中空铝型材的上面板和面板之间周期性设置。由于等效粘弹性层的振动与声学特性应该与等效前所述夹层的振动与声学特性一致，而所述中空铝型材结构在中低频体现整体振动模态特性，随着频率的提高，振动模态会在某一个特定频率下出现整体振动模态向局部振动模态的转变，该特定频率即为剪切模量的突变频率f_G，根据平板弯曲振动及波动声学原理，可以近似确定f_G。所述中空铝型材的截面上弯曲波的半波长等于L_p时的共振频率为f₁，称为所述中空铝型材的共振频率，f_G与f₁具有相同的变化趋势。因此，可以根据公式获得所述粘弹性材料层的在f₁下的剪切模量G_c，其中，G_zy为所述粘弹性材料层在zy平面的剪切模量，G_xz为所述粘弹性材料层在xz平面的剪切模量，所述中空铝型材的厚度方向为z方向，所述筋板结构周期性重复出现的方向为x方向，y方向垂直于xz平面。

例如，如图2所示的所述中空铝型材，在中低频500Hz处，型材结构呈现整体振动特性，在700-900Hz之间振动模态逐渐由整体振动模态转变成局部振动模态，此间的振动模态同时具有整体振动模态和局部振动模态的特征；在1250Hz和1300Hz的振动模态已经完全转换成局部振动模态，此时剪切模量对型材振动影响较大，进而影响隔声量。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述夹层包括多个周期性筋板结构；相应地，所述根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数包括：包括：

根据公式获得所述粘弹性材料层的在f₁下的剪切模量G_c(f₁)，其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，f_G为所述剪切模量的突变频率，G_zy为所述粘弹性材料层在zy平面的剪切模量，G_xz为所述粘弹性材料层在xz平面的剪切模量，所述中空铝型材的厚度方向为z方向，所述筋板结构周期性重复出现的方向为x方向，y方向垂直于xz平面。

具体地，由于所述中空铝型材的整体振动模态与局部振动模态之间的变化并不是在突变频率处立即完成的，其中存在某个频段整体振动模态和局部振动模态会同时存在，因此，为了更精确地计算所述粘弹性材料层的剪切模量，可以根据公式 获得所述粘弹性材料层的在f₁下的剪切模量G_c(f₁)，其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，可以取全频段范围内的任意一个值，f_G为所述剪切模量的突变频率，G_zy为所述粘弹性材料层在zy平面的剪切模量，G_xz为所述粘弹性材料层在xz平面的剪切模量，所述中空铝型材的厚度方向为z方向，所述筋板结构周期性重复出现的方向为x方向，y方向垂直于xz平面。对于不同的所述筋板结构f₁、G_c、G_zy和G_xz的具体计算公式会有所不同，下文会以如图2所示的中空铝型材的结构为例进行举例说明，此处不进行赘述。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述周期性筋板结构包括两个厚度相同的筋板，两个所述筋板对称设置且所述周期性筋板结构与所述中空铝型材的下面板共同构成一个截面为等腰三角形的结构；相应地，

根据公式计算获得所述中空铝型材的共振频率f₁，其中，E_Al为铝的弹性模量，t_Al为所述中空铝型材的厚度，ρ_Al为铝的密度，v_Al为铝的泊松比，L_p＝2h_c/tanα，h_c为所述夹层的厚度，α为所述筋板与所述下面板之间的夹角；

根据公式计算获得所述剪切模量的突变频率f_G，其中，b₁和b₂为常数；

根据公式计算获得所述粘弹性材料层在zy平面的剪切模量，其中，t_w为所述筋板的厚度；

根据公式计算获得所述粘弹性材料层在xz平面的剪切模量，其中，v_xz是所述中空铝型材在xz平面内的泊松比。

具体地，当所述中空铝型材为如图2所示的结构时，所述筋板结构包括两个筋板，两个所述筋板的厚度相等都为t_w，所述筋板结构与所述中空铝型材的下面板共同构成一个截面为等腰三角形的结构。对于上述结构的所述中空铝型材，当所述中空铝型材的截面上弯曲波的半波长等于L_p时，所述弯曲波的半波长k₁可以表示如下：

其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，L_p＝2h_c/tanα，h_c为所述夹层的厚度，α为所述筋板与所述下面板之间的夹角，c_B(f₁)为所述弯曲波的波速，可以通过如下公式表示：

根据上述两个公式可以推导出

所以，可以根据公式计算获得所述中空铝型材的共振频率f₁，其中，E_Al为铝的弹性模量，t_Al为所述中空铝型材的厚度，ρ_Al为铝的密度，v_Al为铝的泊松比，L_p＝2h_c/tanα，h_c为所述夹层的厚度，α为所述筋板与所述下面板之间的夹角。

通过对α在40°～70°之间的所述中空铝型材进行数值仿真计算，根据振动模态的转变及隔声量的突变低谷所对应的频率，进行曲线拟合，可以获得剪切模量的突变频率f_G的经验计算公式如下：

其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，b₁和b₂为常数，b₁可以取181，b₂可以取0.25。

对于如图2所示的中空铝型材，以垂直于所述中空铝型材的表面向上方向为z方向，以垂直于图2所示的截面向里方向为y方向，通过右手定则确定x方向，根据等效前后的所述中空铝型材与所述粘弹性材料层在zy平面的剪切刚度相等可以获得：

其中，G_zy所述粘弹性材料层在zy平面的剪切模量，t_w为所述筋板的厚度，E_Al为铝的弹性模量，v_Al为铝的泊松比，L_p＝2h_c/tanα，h_c为所述夹层的厚度，α为所述筋板与所述下面板之间的夹角。

根据各项同性材料的理论计算公式可以得到所述等效粘弹性层的剪切模量在xz平面的剪切模量：

其中，v_xz是所述中空铝型材在xz平面内的泊松比，是根据统计能量分析原理中对泊松比的规则确定的，E₂是通过绕y轴的弯曲刚度来推导计算得到的，根据等效前后所述中空铝型材与所述粘弹性材料层在xz平面的剪切刚度相等可以获得：

根据上述两个公式，可以推导出

所以，根据公式可以计算获得所述粘弹性材料层在xz平面的剪切模量，其中，v_xz是所述中空铝型材在xz平面内的泊松比，E_Al为铝的弹性模量，t_w为所述筋板的厚度，h_c为所述夹层的厚度，α为所述筋板与所述下面板之间的夹角。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述夹层包括多个周期性筋板结构；相应地，所述根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数包括：包括：

根据公式获得所述粘弹性材料层的在f₁下的阻尼损耗因子η_D，其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，f_D为所述阻尼损耗因子的突变频率，η₁和η₂为常数。

具体地，所述夹层包括多个周期性的筋板结构，例如，如图2所示的筋板结构，包括两个筋板，多个上述筋板结构在所述中空铝型材的上面板和面板之间周期性设置。由于阻尼与振动是相关的，整体振动时，结构阻尼较大，振动衰减速度快，局部振动则相反，所述中空铝型材整体振动向局部振动的转变也必然导致阻尼的转变，导致整体振动向局部振动的转变频率即为阻尼损耗因子的突变频率f_D，可以近似的确定所述阻尼损耗因子的突变频率f_D。根据公式可以获得所述粘弹性材料层的在f₁下的阻尼损耗因子η_D，其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，f_D为所述阻尼损耗因子的突变频率，η₁和η₂为常数。通过对α在不同取值时的所述中空铝型材进行数值仿真计算，可以将整体振动下的所述粘弹性材料层的阻尼损耗因子近似为5％，局部振动下的所述粘弹性材料层的阻尼损耗因子近似为0.5％，因此η₁可以取5％，η₂可以取0.5％。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述夹层包括多个周期性筋板结构；相应地，所述根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数包括：包括：

根据公式获得所述粘弹性材料层的在f₁下的剪切模量η_D(f₁)，其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，f_D为阻尼损耗因子的突变频率，η₁和η₂为常数。

具体地，所述夹层包括多个周期性的筋板结构，例如，如图2所示的筋板结构，包括两个筋板，多个上述筋板结构在所述中空铝型材的上面板和面板之间周期性设置。由于所述中空铝型材的整体振动模态与局部振动模态之间的变化并不是在所述阻尼损耗因子的突变频率处立即完成的，其中存在某频段同时存在整体振动模态和局部振动模态，因此为了更精确的计算所述阻尼损耗因子，可以根据公式计算获得所述粘弹性材料层的在f₁下的剪切模量η_D(f₁)，其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，可以取全频段范围内的任意一个值，f_D为阻尼损耗因子的突变频率，η₁和η₂为常数。通过试验测试不同α的所述中空铝型材的阻尼损耗因子，可以将整体振动下的所述粘弹性材料层的阻尼损耗因子近似为5％，局部振动下的所述粘弹性材料层的阻尼损耗因子近似为0.5％，因此η₁可以取5％，η₂可以取0.5％。对于不同的所述筋板结构f₁和f_D的具体计算公式会有所不同，下文会以如图2所示的中空铝型材的结构为例进行举例说明，此处不进行赘述。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述周期性筋板结构包括两个厚度相同的筋板，两个所述筋板对称设置且所述周期性筋板结构与所述中空铝型材的下面板共同构成一个截面为等腰三角形的结构；相应地，

根据公式计算获得所述中空铝型材的共振频率f₁，其中，E_Al为铝的弹性模量，t_Al为所述中空铝型材的厚度，ρ_Al为铝的密度，v_Al为铝的泊松比，L_p＝2h_c/tanα，h_c为所述夹层的厚度，α为所述筋板与所述下面板之间的夹角；

根据公式计算获得所述阻尼损耗因子的突变频率f_D，其中，d₁和d₂为常数。

具体地，所述夹层包括多个周期性的筋板结构，例如，如图2所示的筋板结构，包括两个筋板，多个上述筋板结构在所述中空铝型材的上面板和面板之间周期性设置。此处的f₁与计算所述剪切模量时用到的f₁是相同的，f₁的计算公式也是一样的，具体推导过程不进行赘述。通过对α在不同取值时的所述中空铝型材进行数值仿真计算，可以获得所述阻尼损耗因子的突变频率f_D的经验计算公式其中，d₁和d₂为常数，d₁可以取0.46，d₂可以取0.45。

以图2所示的中空铝型材结构为实验对象，α分别为取40°和60°，进行等效前后振动及隔声量数据对比分析，验证本发明提供的中空铝型材的声学模型等效方法的合理性。其中，所述中空铝型材的振动及隔声数据通过实验室测试得到，而所述中空铝型材的等效结构的振动及隔声数据通过所述粘弹性材料层的等效参数建模仿真所得。

图3为本发明一实施例提供的中空铝型材等效前后的声压级对比曲线，如图3所示，可以看出，无论是α分别取40°还是60°在整个频段(50Hz～10000Hz)内等效前后的声压级大小及趋势均基本一致。

图4为本发明一实施例提供的中空铝型材等效前后振动速度结果对比曲线，如图4所示，可以看出，400Hz以上所述中空铝型材的等效前的振动测试数据与等效后的振动仿真数据吻合较好；低频阴影区受试验测试边界条件的影响，振动结果稍有差异。

图5本发明一实施例提供的中空铝型材等效前后的隔声量对比曲线，如图5所示，从图中可以看出，中高频段等效前后隔声量大小及趋势吻合较好；阴影区域(300Hz以下)等效前后结果存在差别，主要由于实验测试时的边界条件所致。

综上所述，本发明提供的中空铝型材的声学模型等效方法是合理可靠的，可以为基于统计能量分析原理的整车噪声仿真计算提供理论依据。

本发明提供的中空铝型材的声学模型等效方法是依据力学及声学原理，综合考虑不同截面的惯性矩、弯曲刚度及振动声辐射和声传递理论等的结合，推导计算得出粘弹性材料层的等效参数计算公式，既保证了等效前后结构动态特性的一致性，也兼顾了等效前后的声学性能，显著提高了中空铝型材的声学建模仿真精度。

本发明提供的中空铝型材的声学模型等效方法将中空铝型材等效成铝面板+粘弹性材料层+铝面板的三层复合结构。该三层复合结构保持了原结构上面板和下面板的几何结构及物理属性不变，而将中空铝型材的夹层等效为粘弹性材料层，使粘弹性材料层具有随频率而变化的剪切模量以及随频率变化的阻尼损耗因子，从而使得等效后的三层复合结构具有随频率而变化的整体动态及声学特性，可以较为精确的反映中空铝型材在不同频段内的动力学及声学特性。

本发明提供的中空铝型材的声学模型等效方法可以在声学计算的全频段(50Hz～10000Hz)范围内，得到振动和声学特性较为精确的中空铝型材的声学模型，突破了以往中空铝型材有限元建模仿真计算的低频段范围限制，同时避免了应用统计能量分析原理建模时由于等效方法不合理造成的某些频段计算结果失真问题。

本发明提供的中空铝型材的声学模型等效方法可以较为精确的反映中空铝型材的振动响应、声辐射效率以及声传递损失，与实验室测试的中空铝型材的振动和隔声数据吻合较好。

采用本发明提供的中空铝型材的声学模型等效方法可对中空铝型材进行合理的声学等效建模，可以建立轨道车辆整车声学仿真模型，对轨道车辆车内噪声进行较为准确的预测分析，有助于对整车降噪方案进行优化设计。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种中空铝型材的声学模型等效方法，其特征在于，包括：

将中空铝型材的夹层等效为粘弹性材料层，设置在所述中空铝型材的上面板和下面板中间，形成三层复合结构的声学模型；其中，所述上面板和所述下面板的几何结构和物理属性不变；

根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述夹层包括多个周期性的筋板结构；相应地，所述根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数包括：

根据所述筋板结构的结构参数以及铝的密度，获得所述粘弹性材料层的等效密度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述筋板结构包括两个厚度相等的筋板，两个所述筋板对称设置且所述筋板结构与所述中空铝型材的下面板共同构成一个截面为等腰三角形的结构；相应地，所述根据所述筋板结构的结构参数以及铝的密度，获得所述粘弹性材料层的等效密度包括：

根据公式计算获得所述粘弹性材料层的等效密度ρ′，其中，a为附加质量系数，t_w为所述筋板的厚度，h_c为所述夹层的厚度，L_p＝2h_c/tanα，ρ_Al为铝的密度，L_w＝h_c/sinα，α为所述筋板与所述下面板之间的夹角。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述夹层包括多个周期性筋板结构；相应地，所述根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数包括：包括：

根据公式获得所述粘弹性材料层的在f₁下的剪切模量G_c，其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，f_G为所述剪切模量的突变频率，G_zy为所述粘弹性材料层在zy平面的剪切模量，G_xz为所述粘弹性材料层在xz平面的剪切模量，所述中空铝型材的厚度方向为z方向，所述筋板结构周期性重复出现的方向为x方向，y方向垂直于xz平面。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述夹层包括多个周期性筋板结构；相应地，所述根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数包括：包括：

根据公式获得所述粘弹性材料层的在f₁下的剪切模量G_c(f₁)，其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，f_G为所述剪切模量的突变频率，G_zy为所述粘弹性材料层在zy平面的剪切模量，G_xz为所述粘弹性材料层在xz平面的剪切模量，所述中空铝型材的厚度方向为z方向，所述筋板结构周期性重复出现的方向为x方向，y方向垂直于xz平面。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述周期性筋板结构包括两个厚度相同的筋板，两个所述筋板对称设置且所述周期性筋板结构与所述中空铝型材的下面板共同构成一个截面为等腰三角形的结构；相应地，

根据公式计算获得所述中空铝型材的共振频率f₁，其中，E_Al为铝的弹性模量，t_Al为所述中空铝型材的厚度，ρ_Al为铝的密度，v_Al为铝的泊松比，L_p＝2h_c/tanα，h_c为所述夹层的厚度，α为所述筋板与所述下面板之间的夹角；

根据公式计算获得所述剪切模量的突变频率f_G，其中，b₁和b₂为常数；

根据公式计算获得所述粘弹性材料层在zy平面的剪切模量G_zy，其中，t_w为所述筋板的厚度；

根据公式计算获得所述粘弹性材料层在xz平面的剪切模量，其中，v_xz是所述中空铝型材在xz平面内的泊松比。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述夹层包括多个周期性筋板结构；相应地，所述根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数包括：包括：

根据公式获得所述粘弹性材料层的在f₁下的阻尼损耗因子η_D，其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，f_D为所述阻尼损耗因子的突变频率，η₁和η₂为常数。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述夹层包括多个周期性筋板结构；相应地，所述根据所述夹层的相关参数，获得所述粘弹性材料层的等效参数包括：

根据公式获得所述粘弹性材料层的在f₁下的剪切模量η_D(f₁)，其中，f₁为所述中空铝型材的共振频率，f_D为阻尼损耗因子的突变频率，η₁和η₂为常数。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述周期性筋板结构包括两个厚度相同的筋板，两个所述筋板对称设置且所述周期性筋板结构与所述中空铝型材的下面板共同构成一个截面为等腰三角形的结构；相应地，

根据公式计算获得所述中空铝型材的共振频率f₁，其中，E_Al为铝的弹性模量，t_Al为所述中空铝型材的厚度，ρ_Al为铝的密度，v_Al为铝的泊松比，L_p＝2h_c/tanα，h_c为所述夹层的厚度，α为所述筋板与所述下面板之间的夹角；

根据公式计算获得所述阻尼损耗因子的突变频率f_D，其中，d₁和d₂为常数。