双层板壳结构被广泛用作汽车、高速列车、舰船潜艇以及航空航天飞行器的外壳结构,相对于单层板结构,其具有更为出色的隔声性能。透彻研究双层板结构声振耦合问题的物理本质,对结构的低噪声设计具有重要重要的指导意义。然而,在低频段,双层板结构的隔声量并不比同样材料合在一起的单层板优越。实际上,低频噪声控制问题一直是噪声控制领域的难点,为了提高双层板结构的隔声性能,有必要开展基于双层板结构的噪声主动控制研究。本文从飞机机身结构特点出发,建立了双层板结构模型及双层板结构与封闭声腔的耦合模型,研究双层板结构的声振耦合分析方法以及外部流场作用下填充多孔吸声材料的双层板结构与封闭声腔的声振耦合性能;同时,在双层板结构的基础上发展主动噪声控制技术,开展基于双层板结构的主动噪声控制研究,提高双层板结构在低频段的隔声性能。本文的主要研究内容和取得的成果有:(1).对于双层板结构声振耦合性能的研究,从不同的物理视角出发,提出了横向声模态展开方法和声波导模态展开方法,建立了双层板结构以及双层板结构与封闭声腔的声振耦合分析模型;将以上两种方法与结构模态展开方法和声模态展开方法对比,研究夹层声场的声压分布函数对双层板结构的传声损失以及双层板结构与封闭声腔的噪声损失的计算结果的影响。计算表明:四种计算方法都可以反映发生在双层板之间的物理现象,如‘板-空气-板’共振、驻波共振以及其他由结构共振引起的物理现象,但是在特定频率时四种计算方法得到的各子系统的动力学响应是不同的,例如,夹层声场的声压分布;特别地,声波导模态展开方法不仅反映了夹层中的正行波和负行波,也反映了夹层中存在的正向和负向传播的衰减波。实际上,衰减波时真实存在的,包含了更多的声场信息,可能影响实际应用中的相关系统的性能,例如,噪声控制中的近场传感策略以及近场声全息技术等。(2).综合考虑飞机机身结构特点和飞机的飞行状态,建立了外部流场作用下填充多孔吸声材料的双层板结构与封闭声腔的声振耦合模型。首先,采用等效流体模型模拟多孔吸声材料中声波的传播,分别采用结构模态展开方法和声模态展开方法表示夹层声场和封闭声腔内声压分布,应用声-结构模态耦合分析方法建立整个系统的声振耦合关系,研究相关系统参数对系统声振耦合性能的影响。计算表明:与空气夹层相对比,多孔吸声材料可以显著提高双层板结构的隔声性能,且减弱了存在于夹层声场的‘板-空气-板’共振现象和驻波共振现象,且随着夹层厚度和面板厚度的增加其噪声损失增加;以‘板-空气(等效流体)-板’共振频率为分界点,大尺寸(80mí70m)的双层板结构的噪声损失曲线是其他尺寸的双层板结构的噪声损失曲线左侧部分的下包络,右侧部分的上包络;封闭声腔不会影响双层板结构的隔声性能,但会改变整个系统的耦合性能;入射角和方位角对填充多孔吸声材料的双层板结构的隔声性能有很小的影响,甚至可以忽略;顺流入射时,马赫数的增加几乎对多孔吸声材料的双层板结构的耦合系统的噪声损失几乎没有影响;而逆流入射时,当马赫数增加到一定程度时会因为全反射现象,使得系统的噪声损失显著增加,计算发现多孔吸声材料的存在可以推迟全反射现象的发生。(3).对于基于双层板结构的主动噪声控制系统,针对噪声主动控制目标选取与实现方法问题,提出了多种优化次级源的双层板结构噪声主动控制方法,揭示控制目标与控制源位置之间的关系。为了降低辐射声场(无限辐射声场和封闭声腔)内的声能量,分别在入射板和辐射板上施加次级力源和在夹层声场中布置次级声源,通过直接降低目标声场内声能量或切断噪声传递的路径,定义新的控制目标(共25种),来优化控制源的大小。计算表明:三种次级源都可以实现噪声主动控制的目的,但控制源的控制效果与控制目标的选取密切相关,当控制源位置给定以后,应选择与控制源所在位置的下游声场或结构相关的物理量作为控制目标,否则达不到噪声控制的目的,甚至使得结构的隔声性能降低。(4).在双层板结构的夹层声场边界上布置主动声边界构建主动隔声结构,提出了基于主动声边界的双层板主动隔声控制方法;同时,与声辐射模态相结合,提出了声辐射模态误差传感策略的主动声边界双层板主动隔声控制方法。首先,采用简支安装在夹层边界上的矩形平板代替主动声边界,称为主动声边界板,控制力作用在主动声边界板上,分别以最小化辐射板的平均辐射声功率(或最小化封闭辐射声场的平均声势能)、最小化辐射板的平均动能和最小化夹层声场的平均声势能为控制目标优化控制力;同时,与声辐射模态相结合,研究了基于声辐射模态误差传感策略的主动声边界双层板主动隔声结构的实现方法。计算表明:由于主动声边界板的引入,对原始双层板结构及其与封闭声腔的声振耦合性能有显著的影响;控制后,三种控制目标都可以提高双层板结构的隔声性能,其中以辐射声场内平均辐射声功率(或封闭辐射声场内平均声势能)作为控制目标时获得的噪声控制效果最佳;随着主动声边界板数量的增加,主动隔声的效果越好;同时,主动声边界板的尺寸和控制力的位置对控制效果有显著影响,应根据具体的被控对象和被控频率区间来选择主动声边界板尺寸和控制力作用位置;以第一阶声辐射模态最小化作为控制目标可以显著提高双层板结构在低频段(<200Hz)时的隔声性能,在高频段,则需要多阶声辐射模态作为控制目标。同时,研究表明,在噪声控制过程中,系统中存在模态重构和模态抑制两种控制机理。