CN110991106B - 预报流体中含空腔复合材料软夹芯结构振动特性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料振动技术领域，并具体公开了一种预报水下含空腔复合材料软夹芯结构振动特性的方法。包括：将构成含空腔复合材料软夹芯结构的软夹芯结构等效为一种正交各向异性的均质材料，并构建其在真空条件下的运动方程组，然后根据含均质软夹芯的夹层结构的辐射声场和流固耦合条件，重构含均质软夹芯的夹层结构在流体中沿其厚度方向的运动方程，从而重组运动方程组；根据所得的运动方程组，计算含均质软夹芯的夹层结构的固有振动和受迫振动响应，并以此作为预报流体中含空腔复合材料软夹芯结构的振动特性。本发明提高了计算复合材料软夹芯结构振动特性的精度，可处理含多种空腔夹杂的夹芯结构的等效问题，适用范围较广。
Description
技术领域
本发明属于复合材料振动技术领域，更具体地，涉及一种预报流体中 含空腔复合材料软夹芯结构振动特性的方法。
背景技术
随着声呐技术的快速发展，现代舰艇对声隐身性能的要求越来越高。 为了减小舰艇的辐射噪声和声目标强度，具有较好声学性能的复合材料声 学结构逐渐应用在舰艇结构上。含空腔复合材料软夹芯结构是一种具有良 好应用前景的复合材料声学结构。其软夹芯为具有较大损耗因子的粘弹性 橡胶材料，利用剪切耗能机理可以实现减振吸声；夹芯内周期性分布的空 腔可以起到谐振吸声作用，当分布多种大小不一的空腔时，还可以拓宽谐振吸声频率带宽。
含空腔复合材料软夹芯结构应用在水下舰艇结构上时，其振动特性研 究极为重要。目前，针对复合材料夹芯结构振动特性，等效单层板理论是 最常用的研究方法，但该方法在处理软夹芯问题时误差偏大。同时，相关 的复合材料夹芯结构的振动分析主要集中于空气中，由于涉及到复杂的流 固耦合问题，水中的研究比较困难。有限元方法可以处理复合材料软夹芯 结构水下振动问题，但建模流场需要大量的网格，并耗费大量的计算资源和计算时间，不利于特性研究。此外，芯层中周期性分布的空腔使该结构 的水下振动研究更为复杂。
因此，本领域亟待提出一种预报流体中含空腔复合材料软夹芯结构振 动特性的方法，可以较好地处理含空腔复合材料软夹芯结构在流体中的振 动问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种预报流体中 含空腔复合材料软夹芯结构振动特性的方法，其中结合含空腔复合材料软 夹芯结构自身的特征及其在流体中振动特性，相应的将含空腔复合材料软 夹芯结构构等效为一种正交各向异性的均质材料，从而含空腔复合材料软 夹芯结构转化为含均质软夹芯的夹层结构，然后通过重构所述含均质软夹 芯的夹层结构在流体中沿其厚度方向的运动方程，从而重组其运动方程组， 并以此计算所述含均质软夹芯的夹层结构的固有振动和受迫振动响应，作 为预报流体中含空腔复合材料软夹芯结构的振动特性，本发明方法可以较 好地处理含空腔复合材料软夹芯结构在流体中的振动问题，相比于现有的 等效单层板理论，提高了计算复合材料软夹芯结构振动特性的精度，可处 理含多种空腔夹杂的夹芯结构的等效问题，适用范围较广，不需要建立复 杂的有限元结构模型和流场模型，节省大量的计算资源和时间。
为实现上述目的，本发明提出了一种预报流体中含空腔复合材料软夹 芯结构振动特性的方法，包括以下步骤：
S1将构成含空腔复合材料软夹芯结构的软夹芯结构等效为一种正交各 向异性的均质材料，从而含空腔复合材料软夹芯结构转化为含均质软夹芯 的夹层结构；
S2构建所述含均质软夹芯的夹层结构在真空条件下的运动方程组，然 后根据所述含均质软夹芯的夹层结构的辐射声场和流固耦合条件，重构所 述含均质软夹芯的夹层结构在流体中沿其厚度方向的运动方程，从而重组 所述含均质软夹芯的夹层结构在流体中的运动方程组；
S3根据所述含均质软夹芯的夹层结构在流体中重组所得的运动方程组， 计算所述含均质软夹芯的夹层结构的固有振动和受迫振动响应，并以此作 为预报流体中含空腔复合材料软夹芯结构的振动特性。
作为进一步优选的，步骤S1中，采用Mori-Tanaka法和多层次均匀化 的方法将软夹芯结构等效为一种正交各向异性的均质材料，其具体包括以 下步骤：
S11根据软夹芯结构中空腔的大小，将软夹芯结构进行分类，对于其中 一类软夹芯结构，将构成该软夹芯结构空腔以外的部分视为芯材，并以此 作为基体相，将该软夹芯结构中的空腔作为夹杂相，采用Mori-Tanaka法将 该软夹芯结构等效为正交各向异性材料A；
S12再将另外一类软夹芯结构中的空腔整合到正交各向异性材料A中， 其具体为：以正交各向异性材料A作为基体相，将另外一类软夹芯结构中 的空腔为夹杂相，采用Mori-Tanaka法将该软夹芯结构等效为正交各向异性 材料B；
S13重复步骤S12，执行多层次均匀化的方法，直至将所有类的软夹芯 结构中的空腔整合到上一步得到的正交各向异性材料中，从而将软夹芯结 构等效为一种正交各向异性的均质材料。
作为进一步优选的，所述Mori-Tanaka法的计算模型为：
其中，Lcm为基体相的刚度张量，Lca为空腔的刚度张量，Ccm为基体相 的体积分数，Cca1为空腔的体积分数，I为单位张量，S是Eshelby张量。
作为进一步优选的，步骤S2中，采用赫姆霍兹模型建立所述含均质软 夹芯的夹层结构的辐射声场，欧拉模型建立所述含均质软夹芯的夹层结构 的流固耦合条件。
作为进一步优选的，步骤S2具体包括以下步骤：
S21将所述含均质软夹芯的夹层结构划分为上面板、均质软夹芯结构和 下面板，以所述含均质软夹芯的夹层结构的厚度方向为z向，上面板、均 质软夹芯结构和下面板的中面分别作为x-y坐标平面，根据虚位移模型构 建所述含均质软夹芯的夹层结构在真空条件下的运动方程组；
S22采用赫姆霍兹模型建立所述含均质软夹芯的夹层结构浸没在流体 中的辐射声场，并采用欧拉模型建立上面板的上表面和下面板的下表面在 流场中的流固耦合条件；
S23根据在真空条件下所述含均质软夹芯的夹层结构厚度方向的运动 方程、所述含均质软夹芯的夹层结构浸没在流体中的辐射声场以及流固耦 合条件，构建流体中所述含均质软夹芯的夹层结构厚度方向的运动方程， 进而重组运动方程组。
作为进一步优选的，所述含均质软夹芯的夹层结构的辐射声场为：
其中，p(M0)为辐射声压，Sp为上面板的上表面和下面板所在的平面， M(x,y,z)∈Sp，为该平面上一点，
为上下表面压力差，平面在该点 处的法向向量为zM，G(M,M0)为格林函数；
所述欧拉模型为：
其中，ω为声压圆频率，w0为z向位移，ρ0为流体密度，z0为均质软 夹芯的夹层结构的厚度沿z向的坐标。
作为进一步优选的，步骤S3中，采用纳维叶法计算所述含均质软夹芯 的夹层结构的固有振动和受迫振动响应，其具体包括以下步骤：
S31将所述含均质软夹芯的夹层结构的位移场展开为位移场双三角形 式：
其中，ω是夹层结构振动圆频率，α＝mπ/a，β＝nπ/b，a为所述含 均质软夹芯的夹层结构沿x方向的长度，b为所述含均质软夹芯的夹层结构 沿y方向的长度，
t为时间项，w0为横向位移，
为第k层板 在x方向的转角位移,
为第k层板在y方向的转角位移，w0mn、
和
为相应双三角位移场的模态位移幅值，m为x方向的模态半波数，n为y方 向的模态半波数。
S32将所述含均质软夹芯的夹层结构的外载荷qz(x,y)展开为外载荷 双三角形式：
其中，
x和y为x-y平面的坐标；
S33将位移场双三角形式、外载荷双三角形式代入重组后的流体中的运 动方程组，并采用纳维叶法进行求解，以获取所述含均质软夹芯的夹层结 构沿x方向和y方向的模态半波数为m和n的模态固有频率，其中，m和n 为不小于1的整数；进一步的，对于所述外载荷qz(x,y)不为零的情况，m 和n的截断数为指定阈值，以获取所述含均质软夹芯的夹层结构的受迫振 动响应。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要 具备以下的技术优点：
1.本发明将含空腔复合材料软夹芯结构构等效为一种正交各向异性的 均质材料，从而含空腔复合材料软夹芯结构转化为含均质软夹芯的夹层结 构，然后通过重构所述含均质软夹芯的夹层结构在流体中沿其厚度方向的 运动方程，从而重组其运动方程组，并以此计算所述含均质软夹芯的夹层 结构的固有振动和受迫振动响应，作为预报流体中含空腔复合材料软夹芯 结构的振动特性，本发明方法可以较好地处理含空腔复合材料软夹芯结构 在流体中的振动问题。
2.本发明采用Mori-Tanaka法和多层次均匀化的方法将软夹芯结构等 效为一种正交各向异性的均质材料，从而将复杂的软夹芯结构均一简单化， 相比于现有的等效单层板理论，提高了计算复合材料软夹芯结构振动特性 的精度，同时可处理含多种空腔夹杂的夹芯结构的等效问题，适用范围较 广。
3.本发明采用赫姆霍兹模型建立所述含均质软夹芯的夹层结构的辐射 声场，欧拉模型建立所述含均质软夹芯的夹层结构的流固耦合条件，从而 可将含均质软夹芯的夹层结构与流场结合，模拟含均质软夹芯的夹层结构 在流体中的运动特性，不需要建立复杂的有限元结构模型和流场模型，使 得其描述的振动特性更加准确。
4.本发明采用纳维叶法计算所述含均质软夹芯的夹层结构的固有振动 和受迫振动响应，其中通过将夹层板结构的位移场可展开为双三角形式， 求解无外载荷情况下x和y方向的模态半波数为m和n的模态频率和有外 载荷情况下的受迫振动响应，使得计算过程简便，节省大量的计算资源和 时间，可准确预报流体中含空腔复合材料软夹芯结构的振动特性。
附图说明
图1是本发明实施例涉及的一种预报流体中含空腔复合材料软夹芯结 构振动特性的方法的流程图；
图2是本发明实施例1中涉及的含空腔复合材料软夹芯结构的结构示 意图；
图3是本发明实施例1中涉及的含空腔复合材料软夹芯结构的截面图， 其中，图3中的(a)为含空腔复合材料软夹芯结构的x-z截面图，图3中 的(b)为含空腔复合材料软夹芯结构的y-z截面图；
图4是本发明实施例1中涉及的含空腔复合材料软夹芯结构的前5阶 固有频率结果。
图5是本发明实施例1方法计算所得的含空腔复合材料软夹芯结构的 受迫振动的均方振速曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的 本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可 以相互组合。
如图1所示，本发明一种预报流体中含空腔复合材料软夹芯结构振动 特性的方法包括以下步骤：
步骤一，将构成含空腔复合材料软夹芯结构的软夹芯结构等效为一种 正交各向异性的均质材料，从而含空腔复合材料软夹芯结构转化为均质软 夹芯的夹层结构。具体而言，采用Mori-Tanaka法将软夹芯结构等效为一种 正交各向异性的均质材料，其具体包括以下步骤：
S11根据软夹芯结构中空腔的大小，将软夹芯结构进行分类，对于其中 一类软夹芯结构，将构成该软夹芯结构空腔以外的部分视为芯材，并以此 作为基体相，将该软夹芯结构中的空腔作为夹杂相，采用Mori-Tanaka法将 该软夹芯结构等效为正交各向异性材料A；
S12在将另外一类软夹芯结构中的空腔整合到正交各向异性材料A中， 其具体为：以正交各向异性材料A作为基体相，将另外一类软夹芯结构中 的空腔为夹杂相，采用Mori-Tanaka法将该软夹芯结构等效为正交各向异性 材料B；
S13重复步骤S12，直至将所有类的软夹芯结构中的空腔整合到上一步 得到的正交各向异性材料中，从而将软夹芯结构等效为一种正交各向异性 的均质材料。
进一步的，所述Mori-Tanaka法的计算模型为：
其中，Lcm为基体相的刚度张量，Lca为空腔的刚度张量，Ccm为基体相 的体积分数，Cca1为空腔的体积分数，I为单位张量，S是Eshelby张量。
步骤二，构建所述含均质软夹芯的夹层结构在真空条件的运动方程组， 然后根据所述含均质软夹芯的夹层结构的辐射声场和流固耦合条件，重构 所述含均质软夹芯的夹层结构在流体中沿厚度方向的运动方程，进而重组 运动方程组。具体而言，采用赫姆霍兹模型建立所述含均质软夹芯的夹层 结构的辐射声场，欧拉模型建立所述含均质软夹芯的夹层结构的流固耦合 条件。
更进一步的，其具体包括以下步骤：
S21将所述含均质软夹芯的夹层结构划分为上面板、均质软夹芯结构和 下面板，以所述含均质软夹芯的夹层结构的厚度方向为z向，上面板、均 质软夹芯结构和下面板的中面分别作为x-y坐标平面，根据虚位移模型构 建所述含均质软夹芯的夹层结构在真空条件下的运动方程组；
S22采用赫姆霍兹模型建立所述含均质软夹芯的夹层结构浸没在流体 中的辐射声场，并采用欧拉模型建立上面板的上表面和下面板的下表面在 流场中的流固耦合条件；
S23根据在真空条件下所述含均质软夹芯的夹层结构厚度方向的运动 方程、所述含均质软夹芯的夹层结构浸没在流体中的辐射声场以及流固耦 合条件构建流体中所述含均质软夹芯的夹层结构厚度方向的运动方程，重 组运动方程组。
作为进一步优选的，所述含均质软夹芯的夹层结构的辐射声场为：
其中，p(M0)为辐射声压，Sp为上面板的上表面和下面板所在的平面，M(x,y,z)∈Sp，为该平面上一点，
为上下表面压力差，平面在该点 处的法向向量为zM，G(M,M0)为格林函数；
所述欧拉模型为：
其中，ω为声压圆频率，w0为z向位移，ρ0为流体密度，z0为均质软 夹芯的夹层结构的厚度沿z向的坐标。
作为进一步优选的，步骤S3中，采用纳维叶法计算所述含均质软夹芯 的夹层结构的固有振动和受迫振动响应，其具体包括以下步骤：
S31将所述含均质软夹芯的夹层结构的位移场展开为位移场双三角形 式：
其中，ω是夹层结构振动圆频率，α＝mπ/a，β＝nπ/b，a为所述含 均质软夹芯的夹层结构沿x方向的长度，b为所述含均质软夹芯的夹层结构 沿y方向的长度，
t为时间项，w0为横向位移，
为第k层板 在x方向的转角位移,
为第k层板在y方向的转角位移，w0mn、
和
为相应双三角位移场的模态位移幅值，m为x方向的模态半波数，n为y方向的模态半波数。
S32将所述含均质软夹芯的夹层结构的外载荷qz(x,y)展开为外载荷 双三角形式：
其中，
x和y为x-y平面的坐标；
S33将位移场双三角形式、外载荷双三角形式代入重组后的流体中的运 动方程组，并采用纳维叶法进行求解，以获取所述含均质软夹芯的夹层结 构沿x方向和y方向的模态半波数为m和n的模态固有频率，其中，m和n 为不小于1的整数；进一步的，对于所述外载荷qz(x,y)不为零的情况，m 和n的截断数为指定阈值，以获取所述含均质软夹芯的夹层结构的受迫振 动响应。
实施例1
如图2和图3所示，本实施例中含空腔复合材料软夹芯结构含两种周 期性空腔，其中，上面板和下面板的厚度一致，所以均称为面板，含空腔 复合材料软夹芯结构沿x方向的长度为d，沿y方向的长度为b，中间的夹 芯结构为软质材料。
第一步：含两种周期性空腔芯层的均质化。
将含两种周期性空腔芯层分解为含小空腔的芯层和大空腔。
(1)先对含小空腔的芯层均质化处理，以芯材为基体相，小空腔为夹 杂相，等效得到正交各向异性材料A，利用Mori–Tanaka方法，，其等效 弹性张量
为
其中，Lcm为基体相的刚度张量，Lca为空腔的刚度张量，Ccm为基体相 的体积分数，Cca1为空腔的体积分数，I为单位张量，S是Eshelby张量。。
式(1)中，各向异性材料(各项同性材料为特殊情况)刚度张量表示 为：
其中E11，E22和E33为三个主方向的杨氏模量，G12，G23和G31为剪切模 量，μ12，μ13和μ23为主泊松比，μ21，μ31和μ32为次泊松比。
由于空腔域没有应力和应变场，其刚度张量Lca没有意义，为了克服该 困难，此处假设空腔域为一种具有很小模量的各项同性材料。
对于圆柱形空腔，基体的泊松比为μcm，则相应的Eshelby张量为：
(2)再将大空腔加入到正交各向异性材料A中，以正交各向异性材料 A为基体相，大空腔为夹杂相，等效得到正交各向异性材料B。同样利用 Mori–Tanaka方法，可得到其等效弹性张量
为：
其中CA和Cca2为正交各向异性材料A和大空腔的体积分数。
从等效过程来看，
即为含两种周期性空腔芯层的均质化后的等效弹 性张量，根据式(2)可求得各等效弹性参数。若含更多种周期性空腔，该 等效过程可以依次叠加下去，以求得含多种周期性空腔芯层的等效弹性参 数。
第二步：建立分层理论模型，根据虚位移原理推导水下的运动微分方 程。
以1,2,3分别表示下面板、夹芯和上面板，以厚度方向为z向，各层 中面作为x-y坐标平面，上下对称的夹层结构的位移场描述为：
其中u(k)，v(k)和w(k)分别为第k层板在x，y，z方向上的位移，z(k)为 各层板在z方向上的局部坐标，另外：
式(5)-(8)中，
和
分别为第k层板中面的转角位移，w0为z 向位移。
根据小变形原理，可得各层应变：
其中：
根据物理方程，材料均正交铺设，可得各层的应力如下：
其中
根据虚位移原理推导水下夹层结构运动方程：
δT-δU+δW＝0 (15)
(1)虚应变能：
其中：
其中：
对于上下对称的夹层结构，
(2)虚动能：
其中点号代表对时间项微分，另外：
(3)虚外力功：
其中，qz(x,y)为外力载荷，
为夹层板上下表面振动引起的压力 差。
将虚应变能、虚动能和虚外力功带入到虚位移原理控制方程，可以推 导得到夹层板结构水下运动方程组为：
第三步：描述辐射声场和流固耦合条件，重构夹层结构厚度方向的运 动方程。
夹层结构浸没在水中，利用赫姆霍兹公式描述辐射声场，有：
其中
为拉普拉斯算子，M0(x0,y0,z0)是辐射声场中的一个任意场点， p(M0)为辐射声压，k0＝ω/c0为波数，圆频率ω为声压圆频率，c0为声速。
根据赫姆霍兹公式，辐射声场可表述为积分形式：
其中Sp为夹层板的上下平面，平面上一点M(x,y,z)∈Sp，平面在该点 处的法向向量为zM，G(M,M0)为格林函数，在波数域中进行展开，如下：
其中kx和ky为波数，另外：
夹层板的上下表面与流场耦合，在流固耦合交界面处，利用欧拉公式 进行描述加速度连续条件：
其中ρ0为流体密度。
将式(34)依次待入式(37)：
再将式(26)依次待入式(38)，可得厚度方向方程的重构形式如下：
将式(39)与式(27)-(32)组合，即得到重组后的方程组。
第四步：求解控制方程，计算固有振动和受迫振动响应。
对于四边简支的夹层板结构，其位移场可展开为双三角形式如下：
其中，ω是夹层结构振动圆频率，α＝mπ/a，β＝nπ/b，a为所述含 均质软夹芯的夹层结构沿x方向的长度，b为所述含均质软夹芯的夹层结构 沿y方向的长度，
t为时间项，w0为横向位移，
为第k层板 在x方向的转角位移,
为第k层板在y方向的转角位移，w0mn、
和
为相应双三角位移场的模态位移幅值，m为x方向的模态半波数，n为y方向的模态半波数。
外载荷qz(x,y)可展开为双三角形式，如下：
其中：
(1)求解x和y方向的模态半波数为m和n的模态固有频率。
令qz＝0，将各位移的双三角形式代入重组后的控制方程组，利用纳维 叶方法对方程进行解耦，写成矩阵形式如下：
令系数矩阵行列式值为0，通过二分法直接在matlab中求解，即可得 x和y方向的模态半波数为m和n的模态固有频率，图4给出了一个结果示 例。系数矩阵各系数Rij(i,j＝1,2,3,4,5,6,7)如下：
其中
其中p,q,m,n＝1,2,3...+∞。
(2)夹层板受迫振动响应。
qz≠0，位移的双三角级数形式中，m和n从1到无穷大(∞)，因此 需要对其进行截断才能求解控制方程组。令m，p＝1，2，3...M，n，q＝1，2，3...N， 同样的，将阶段后的双三角位移和激励力代入重组后的控制方程组，利用 纳维叶方法对方程进行求解，写成矩阵形式如下：
直接求解该方程组，即可求得各层板的模态位移幅值w0mn、
和
回代入到原位移的双三角级数中即可求得受迫振动位移幅值。振动位移幅 值乘以激励频率即为振动速度，在整块夹层板结构的x-y面上对振动速度 进行面积平均，即可求得相应的均方振速，图5给出了一个结果示例。矩 阵中各分块矩阵[Sij]MN×MN(i,j＝1,2,3,4,5,6,7)、[Ui]MN×1(i,j＝1,2,3,4,5,6,7)和 [F]MN×1表示如下：
其中：
根据前面的计算，可得到本实施例中，含均质软夹芯的夹层结构的前5 阶固有频率，同时运用基于有限元建模的方法获取了数值解，此外还采用 了等效单层板理论中的一阶剪切变形理论(FSDT)方法预测了该结构的固 有频率，如图4所示。图中可以看到，本文方法的预测固有频率结果与数 值方法吻合较好，而传统的等效单层板理论的FSDT方法预测结果与数值方 法相差较大，从而验证了本发明方法的技术效果，提高了计算复合材料软夹芯结构振动特性的精度。
本实施例的受迫振动响应如图5所示，可以看到，本文方法结果与数 值方法结果曲线趋势基本吻合，峰值频率有所偏移，但相对误差不超过5％， 可以满足工程计算需求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等 同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种预报流体中含空腔复合材料软夹芯结构振动特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1采用Mori-Tanaka法和多层次均匀化的方法将构成含空腔复合材料软夹芯结构的软夹芯结构等效为一种正交各向异性的均质材料，从而含空腔复合材料软夹芯结构转化为含均质软夹芯的夹层结构；
S2根据虚位移模型构建所述含均质软夹芯的夹层结构在真空条件下的运动方程组，然后采用赫姆霍兹模型建立所述含均质软夹芯的夹层结构的辐射声场和采用欧拉模型建立所述含均质软夹芯的夹层结构的流固耦合条件，重构所述含均质软夹芯的夹层结构在流体中沿其厚度方向的运动方程，从而重组所述含均质软夹芯的夹层结构在流体中的运动方程组；
S3根据所述含均质软夹芯的夹层结构在流体中重组所得的运动方程组，采用纳维叶法计算所述含均质软夹芯的夹层结构的固有振动和受迫振动响应，其中通过将夹层板结构的位移场展开为双三角形式，求解无外载荷情况下x方向的模态半波数为m的模态频率和y方向的模态半波数为n的模态频率以及有外载荷情况下的受迫振动响应，并以此作为预报流体中含空腔复合材料软夹芯结构的振动特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，采用Mori-Tanaka法和多层次均匀化的方法将软夹芯结构等效为一种正交各向异性的均质材料，其具体包括以下步骤：
S11根据软夹芯结构中空腔的大小，将软夹芯结构进行分类，对于其中一类软夹芯结构，将构成该软夹芯结构空腔以外的部分视为芯材，并以此作为基体相，将该软夹芯结构中的空腔作为夹杂相，采用Mori-Tanaka法将该软夹芯结构等效为正交各向异性材料A；
S12再将另外一类软夹芯结构中的空腔整合到正交各向异性材料A中，其具体为：以正交各向异性材料A作为基体相，将另外一类软夹芯结构中的空腔为夹杂相，采用Mori-Tanaka法将该软夹芯结构等效为正交各向异性材料B；
S13重复步骤S12，执行多层次均匀化的方法，直至将所有类的软夹芯结构中的空腔整合到上一步得到的正交各向异性材料中，从而将软夹芯结构等效为一种正交各向异性的均质材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述Mori-Tanaka法的计算模型为：
其中，Lcm为基体相的刚度张量，Lca为空腔的刚度张量，Ccm为基体相的体积分数，Cca1为空腔的体积分数，I为单位张量，S是Eshelby张量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：
S21将所述含均质软夹芯的夹层结构划分为上面板、均质软夹芯结构和下面板，以所述含均质软夹芯的夹层结构的厚度方向为z向，上面板、均质软夹芯结构和下面板的中面分别作为x-y坐标平面，根据虚位移模型构建所述含均质软夹芯的夹层结构在真空条件下的运动方程组；
S22采用赫姆霍兹模型建立所述含均质软夹芯的夹层结构浸没在流体中的辐射声场，并采用欧拉模型建立上面板的上表面和下面板的下表面在流场中的流固耦合条件；
S23根据在真空条件下所述含均质软夹芯的夹层结构厚度方向的运动方程、所述含均质软夹芯的夹层结构浸没在流体中的辐射声场以及流固耦合条件，构建流体中所述含均质软夹芯的夹层结构厚度方向的运动方程，进而重组运动方程组。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述含均质软夹芯的夹层结构的辐射声场为：
其中，p(M0)为辐射声压，Sp为上面板的上表面和下面板所在的平面，M(x,y,z)∈Sp，为该平面上一点，
为上下表面压力差，平面在该点处的法向向量为zM，G(M,M0)为格林函数；
所述欧拉模型为：
其中，ω为声压圆频率，w0为z向位移，ρ0为流体密度，z0为均质软夹芯的夹层结构的厚度沿z向的坐标。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，采用纳维叶法计算所述含均质软夹芯的夹层结构的固有振动和受迫振动响应，其具体包括以下步骤：
S31将所述含均质软夹芯的夹层结构的位移场展开为位移场双三角形式：
其中，ω是夹层结构振动圆频率，α＝mπ/a，β＝nπ/b，a为所述含均质软夹芯的夹层结构沿x方向的长度，b为所述含均质软夹芯的夹层结构沿y方向的长度，
t为时间项，w0为横向位移，
为第k层板在x方向的转角位移,
为第k层板在y方向的转角位移，w0mn、
和
为相应双三角位移场的模态位移幅值，m为x方向的模态半波数，n为y方向的模态半波数；
S32将所述含均质软夹芯的夹层结构的外载荷qz(x,y)展开为外载荷双三角形式：
其中，
x和y为x-y平面的坐标；
S33将位移场双三角形式、外载荷双三角形式代入重组后的流体中的运动方程组，并采用纳维叶法进行求解，以获取所述含均质软夹芯的夹层结构沿x方向的模态半波数为m的模态固有频率和y方向的模态半波数为n的模态固有频率，其中，m和n为不小于1的整数；进一步的，对于所述外载荷qz(x,y)不为零的情况，m和n的截断数为指定阈值，以获取所述含均质软夹芯的夹层结构的受迫振动响应。
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