基于基本結構聲源等效法的復雜結構聲輻射建模與特性分析.pdf

1、復雜結構外輻射聲場問題涉及多個學科，長期以來一直是結構噪聲分析和控制領域的前沿性課題。在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的今天，機械產品與設備日益向高速、高效、高精度、輕量化和自動化方向發(fā)展，對結構的靜動態(tài)性能的要求也越來越高。研究建立復雜結構外輻射聲場的模型并對其特性進行深入分析對尋求一種低噪聲的現(xiàn)代設計方法具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。 論文提出了基于基本結構聲源等效法的復雜結構的聲輻射建模方法；建立了各個基本封閉結構和未封閉結構聲源的聲輻

2、射模型；分析了由兩個基本結構聲源連接起來的連接結構的外輻射聲場；制作實驗模型對理論推導進行驗證；并成功運用本文所述方法深入分析了實際工程結構的外輻射聲場。論文的主要內容及創(chuàng)新點包括： 1．將復雜結構簡化為單個封閉規(guī)則結構(長方體、圓柱體)與未封閉規(guī)則結構的連接組合，以所建立的規(guī)則結構的外輻射聲場模型作為基本聲源，利用聲場的疊加原理，提出了基于基本結構聲源等效法的復雜結構聲輻射建模方法。 2．在單塊彈性支承矩形板輻射聲場研

3、究的基礎上，建立了作為基本結構聲源的彈性封閉長方腔體的外輻射聲場模型。通過在模型中施加假想連續(xù)的線性彈簧和旋轉彈簧系統(tǒng)引入了不同的彈性邊界條件和彈性結構之間振動的耦合，在分別考慮腔體內的聲源激勵和作用于彈性板的外力激勵的情況下，基于能量原理，利用漢密爾頓函數、瑞利一李茲方法和聲模態(tài)理論推導出了腔體外輻射聲場的解析解。 3．在彈性圓板及彈性圓柱殼的四周施加假想的連續(xù)的線性彈簧和旋轉彈簧構建了一個彈性封閉圓柱腔體。由整個彈性結構的漢

4、密爾頓函數和封閉圓柱聲腔的聲模態(tài)建立了各子結構(圓板、圓柱殼、聲腔)之間的耦合方程，推導出腔體內的耦合聲場以及彈性結構的振動速度。在此基礎上，利用平穩(wěn)相位法求解彈性封閉圓柱腔體的外輻射聲場。 4．考慮到工程實際中，許多結構由于重量、制造、散熱等的需要，往往是不完全封閉的。建立了帶有孔洞的不完全封閉的彈性長方體結構的外輻射聲場模型。討論的孔徑的尺寸小于長方體尺寸的5％，彈性板的振動當作是沒有孔的板來處理，小孔處當作空氣活塞來處理，

5、整個結構的外輻射聲場是由彈性板的振動和小孔處的空氣活塞的運動共同作用引起的。 建立了具有大的矩形孔的不完全封閉的彈性長方體結構的外輻射聲場模型。所建模型充分考慮了彈性矩形板、腔體內聲場及腔體外的輻射聲場之間的影響和耦合。為便于推導，模型由5個剛性面和一塊四邊簡支的彈性矩形薄板構成。在求解方程組的過程中，利用四邊簡支彈性板彎曲振動的撓度振型函數的正交性對方程組進行解耦，得到彈性結構及其與聲場之間的耦合系數，進而推導出整個結構腔體外

6、的輻射聲場表達式。通過算例分析了孔徑的變化對結構外輻射聲場的影響規(guī)律。 5．考慮到兩規(guī)則彈性體之間的諸如焊接，螺釘連接等多種連接方式，通過在基本結構聲源的連接處施加假想的線性彈簧和旋轉彈簧，分析了兩彈性長方腔體連接結構、封閉彈性長方腔體與圓柱腔體連接結構外的輻射聲場特性。模型利用假想的彈簧引入了兩彈性結構之間的耦合。通過算例分析了不同的連接方式對外輻射聲場的影響。 6．利用鋼板、不銹鋼板以及高密度板設計制作了彈性封閉長方