聲腔結(jié)構(gòu)中頻聲振耦合建模研究及不確定性影響分析.pdf

1、眾所周知，任何復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)都可以被視為由諸多不同子系統(tǒng)組合而成。由于系統(tǒng)的各個(gè)組成部分在制造材料、結(jié)構(gòu)和尺寸方面的差異性，就導(dǎo)致了系統(tǒng)局部結(jié)構(gòu)間動(dòng)態(tài)特性的差異性，從而使得整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)在相當(dāng)廣的頻率區(qū)間內(nèi)表現(xiàn)出由模態(tài)密度較低子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的長(zhǎng)波變形和由模態(tài)密度較高子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的短波變形同時(shí)并存的復(fù)雜混合振動(dòng)特征。學(xué)術(shù)界因此將系統(tǒng)振動(dòng)中局部低頻振動(dòng)與局部高頻振動(dòng)同時(shí)并存的復(fù)雜振動(dòng)情況籠統(tǒng)的定義為系統(tǒng)的“中頻振動(dòng)”。而在此頻段內(nèi)，傳統(tǒng)的有限

2、元法、邊界元法和統(tǒng)計(jì)能量分析法均在一定程度上喪失了計(jì)算的準(zhǔn)確性及有效性。因此，復(fù)雜組合系統(tǒng)中頻振動(dòng)問(wèn)題一直是學(xué)術(shù)界主要研究課題之一。
　　由于復(fù)雜組合系統(tǒng)的子系統(tǒng)在制造、裝配和測(cè)量等過(guò)程中不可避免地存在著誤差，正是由于這些微小誤差的存在而引起了系統(tǒng)的不確定性。在大多數(shù)情況下，這些不確定性數(shù)值較小。但是，隨著頻率的升高，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)參數(shù)的變化越來(lái)越敏感，不確定性對(duì)系統(tǒng)的整體動(dòng)態(tài)特性影響也逐漸增大;此外，許多不確定性因素耦合在一起

3、，可能導(dǎo)致實(shí)際聲振耦合系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生較大偏差，甚至出現(xiàn)反相現(xiàn)象。目前，對(duì)不確定性的建模研究主要還是局限于系統(tǒng)的非參數(shù)不確定性，而針對(duì)模型不確定性對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響及量化研究較少。此外，不確定數(shù)值分析與優(yōu)化方法的研究主要集中在不確定結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，其在聲-固耦合系統(tǒng)領(lǐng)域的研究尚處于起步階段。
　　本文在江蘇省科技支持計(jì)劃項(xiàng)目(BE2014133)、江蘇省產(chǎn)學(xué)研前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(BY2014127-001)及東南大學(xué)水聲信號(hào)處理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)

4、室開(kāi)放性基金項(xiàng)目(UASP1301)的資助下，針對(duì)聲腔結(jié)構(gòu)的典型中頻聲-振問(wèn)題及不確定性因素對(duì)聲腔結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析進(jìn)行了深入研究，并取得了一些有意義的結(jié)論。該研究結(jié)果對(duì)聲腔結(jié)構(gòu)及類聲腔結(jié)構(gòu)的中頻聲-振設(shè)計(jì)及腔內(nèi)噪聲的控制有重要的理論意義及實(shí)用價(jià)值。本文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)推導(dǎo)了混合模型的建立過(guò)程及求解過(guò)程，詳細(xì)介紹了Hybrid finite elementstatistic energy analysis

5、method（混合FE-SEA方法）的理論原理，并對(duì)混合FE-SEA方法的使用前提假設(shè)做了說(shuō)明。以典型中頻框架-板系統(tǒng)為研究對(duì)象，建立了混合FE-SEA模型。通過(guò)引入?yún)?shù)不確定性分別研究了結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性不確定性、連接邊界不確定性在確定激勵(lì)下對(duì)混合模型計(jì)算結(jié)果的影響，得出了一些有意義的結(jié)論。
　　(2)針對(duì)具有不同邊界條件的聲腔結(jié)構(gòu)的內(nèi)損耗因子和耦合損耗因子不易獲取等問(wèn)題，提出了一種新的通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量來(lái)確定各子系統(tǒng)的內(nèi)損耗因子及子系統(tǒng)間

6、的耦合損耗因子計(jì)算方法。研究了具有不同邊界條件的矩形聲腔損耗因子的獲取方法，該方法通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)子結(jié)構(gòu)總損耗因子以及子系統(tǒng)間的能量比，可直接同時(shí)計(jì)算內(nèi)損耗因子和耦合損耗因子。該方法無(wú)需做任何條件簡(jiǎn)化，計(jì)算結(jié)果能更全面反應(yīng)子系統(tǒng)的損耗特性。
　　(3)基于中頻混合理論建立了帶孔隙隔聲結(jié)構(gòu)傳遞損失的Diffuse acoustic fieldSemi-infinite field(DAF-SIF)預(yù)測(cè)模型，研究了帶孔隙隔聲結(jié)構(gòu)的聲傳遞特

7、性，并與解析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。研究了不確定性對(duì)帶孔隙板隔聲性能的影響特性，分析了結(jié)構(gòu)在不同邊界條件、不同開(kāi)孔率及是否密封條件下的聲傳遞特性，為工程上隔聲設(shè)計(jì)及噪聲治理提供理論基礎(chǔ)。
　　(4)提出了一種基于隨機(jī)矩陣?yán)碚摰慕７椒?，詳?xì)介紹了非參數(shù)不確定模型的建模原理及過(guò)程，研究分析了非參數(shù)不確定性對(duì)聲-振耦合系統(tǒng)的中低頻響應(yīng)影響。該方法在耦合系統(tǒng)有限元的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入隨機(jī)矩陣來(lái)描述系統(tǒng)中質(zhì)量陣、阻尼陣和剛度陣的不確定性，進(jìn)而可

8、以從根本上分析量化非參數(shù)不確定性對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響?；陔S機(jī)響應(yīng)的置信區(qū)間分析方法，通過(guò)數(shù)值算例分析了一般聲-固耦合系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)剛度為不確定因子時(shí)對(duì)系統(tǒng)聲-振響應(yīng)的影響。本文研究工作將為不確定聲-固耦合系統(tǒng)的分析與優(yōu)化提供有效方法，具有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值。
　　(5)基于混合FE-SEA方法建立某工程機(jī)械駕駛室的混合模型，對(duì)駕駛室內(nèi)的中頻噪聲進(jìn)行了預(yù)測(cè)及分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)模型準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。針對(duì)駕駛室模型中內(nèi)損耗因子及耦合損耗