基于模態(tài)能量法的聲-固耦合響應(yīng)分析方法研究.pdf

1、在航空、航天、機械、船舶等眾多工程領(lǐng)域中，廣泛存在噪聲環(huán)境引起的振動問題。尤其對于典型薄壁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)和噪聲之間易形成耦合效應(yīng)，在設(shè)計階段很有必要考慮聲-固耦合效應(yīng)對結(jié)構(gòu)動響應(yīng)的影響。實際工程問題中，由于結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)存在不確定性，系統(tǒng)響應(yīng)的不確定性廣泛存在于工程結(jié)構(gòu)中。準(zhǔn)確的聲-固耦合動力學(xué)響應(yīng)預(yù)示不僅可為工程設(shè)計提供指導(dǎo)、也可為試驗方案制定提供重要依據(jù)。因此，深入開展聲-固耦合分析方法研究具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。本文對基于模

2、態(tài)能量法的聲-固耦合動響應(yīng)分析方法進行了探索，主要開展以下四個方面的研究工作:
　　首先，基于耦合雙振子能量平衡方程，建立了求解耦合雙振子及多模態(tài)耦合系統(tǒng)的模態(tài)能量法，并分別以雙振子耦合系統(tǒng)和規(guī)則板-聲腔耦合系統(tǒng)為研究對象進行研究，驗證了模態(tài)能量法的正確性。在此基礎(chǔ)上，分析了模態(tài)間的耦合效應(yīng)和結(jié)構(gòu)彈性模量、密度等系統(tǒng)參數(shù)的改變對能量響應(yīng)的影響。結(jié)果表明:耦合雙振子系統(tǒng)中，陀螺耦合系數(shù)較小時，能量從能量高的子系統(tǒng)流向能量低的子系統(tǒng)，

3、當(dāng)陀螺耦合系數(shù)超過臨界陀螺耦合系數(shù)時，能量可能從能量低的子系統(tǒng)流向能量高的子系統(tǒng);陀螺耦合系數(shù)的大小與結(jié)構(gòu)和聲腔振型在耦合面上節(jié)線分布的相似程度與復(fù)雜程度有關(guān)，相似程度越高、復(fù)雜程度越低，則系數(shù)越大，振型耦合越強;模態(tài)能量法是一種有效的聲-固耦合響應(yīng)分析手段。
　　其次，針對復(fù)雜聲-固耦合系統(tǒng)難以給出模態(tài)信息解析解的情形，結(jié)合有限元法和模態(tài)能量法，建立了基于有限元-模態(tài)能量法的聲-固耦合動響應(yīng)分析方法，并以加筋板-聲腔耦合系統(tǒng)為研

4、究對象驗證了該方法的正確性與普適性。結(jié)果表明:有限元-模態(tài)能量法對系統(tǒng)能量響應(yīng)具有準(zhǔn)確的解答，是一種可靠的響應(yīng)分析手段;對于特定頻率點處動響應(yīng)數(shù)據(jù)的獲取，可僅僅將該分析點處一定頻段范圍內(nèi)的模態(tài)信息納入考慮，仍可得出較精確的解答;對于復(fù)雜聲-固耦合系統(tǒng)，當(dāng)考慮了多點隨機激勵時，有限元-模態(tài)能量法仍能給出較準(zhǔn)確的解答。
　　然后，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)為隨機不確定性變量時，結(jié)合隨機因子法和隨機攝動法，建立了考慮系統(tǒng)參數(shù)不確定性的隨機攝動模態(tài)能量分

5、析理論，以平板-聲腔耦合系統(tǒng)為研究對象，研究了結(jié)構(gòu)彈性模量和密度的不確定性對耦合系統(tǒng)能量響應(yīng)的影響，并采用Monte-Carlo方法驗證該方法的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明:隨機攝動模態(tài)能量分析是一種能有效預(yù)測不確定性聲-固耦合系統(tǒng)能量響應(yīng)的方法，具有良好的計算精度和效率;即使系統(tǒng)隨機參數(shù)為正態(tài)分布，其模態(tài)能量響應(yīng)不一定服從正態(tài)分布，其分布方式與分析的頻率有關(guān)。
　　最后，考慮系統(tǒng)參數(shù)的區(qū)間不確定性，結(jié)合區(qū)間因子法和區(qū)間攝動法，建立了考慮系統(tǒng)