基于面板聲學(xué)貢獻(xiàn)度的封閉空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)聲場分析的若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、彈性封閉空腔結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷激勵下產(chǎn)生振動進(jìn)而形成的空間復(fù)雜聲場是工程實際中最具代表性的一類聲場，如汽車、船舶和飛機的艙內(nèi)聲場。對該類聲場的研究一直以來都是振動與噪聲控制領(lǐng)域的一個重要研究方向，實現(xiàn)對這類封閉空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部聲場的聲學(xué)響應(yīng)預(yù)測和分析，具有重要的理論研究意義和廣闊的工程應(yīng)用前景。
　　根據(jù)傳遞路徑分析方法的原理，系統(tǒng)響應(yīng)可認(rèn)為是外界激勵通過多種不同路徑傳遞到響應(yīng)點的能量貢獻(xiàn)疊加。因此通過識別外界激勵載荷和計算結(jié)構(gòu)振動聲輻射

2、來解決復(fù)雜封閉空腔結(jié)構(gòu)的振動噪聲分析與控制問題。
　　本文以封閉空腔結(jié)構(gòu)受激所形成的內(nèi)部復(fù)雜聲場為研究對象，用結(jié)構(gòu)部件的面板聲學(xué)貢獻(xiàn)度代替先前的傳遞路徑貢獻(xiàn)量，以預(yù)測和控制封閉結(jié)構(gòu)聲腔內(nèi)的聲學(xué)響應(yīng)為目標(biāo)，深入研究結(jié)構(gòu)外界激勵載荷的識別和復(fù)雜封閉空腔內(nèi)部聲場響應(yīng)計算兩個關(guān)鍵問題。在激勵載荷的識別方面，提出了具有一般意義的結(jié)構(gòu)動態(tài)載荷時域識別方法，提高了載荷識別的精度和穩(wěn)定性。在振動聲輻射計算求解方面，提出了用于計算復(fù)雜封閉結(jié)構(gòu)振動形

3、成的內(nèi)部空間聲場的等效聲傳遞向量法，避免了邊界元法的固有缺點，計算效率更高。在封閉空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)聲場預(yù)測和聲學(xué)優(yōu)化方面，提出了一種基于等效源法的內(nèi)部近場聲全息的面板聲學(xué)貢獻(xiàn)度計算方法，該方法可在重建封閉空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)聲場的同時，有效識別出各振動板件對封閉聲場的聲學(xué)貢獻(xiàn)度。完成的主要研究工作和成果如下:
　　(1)闡述了封閉空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部聲場分析的研究意義，詳細(xì)回顧了動態(tài)載荷識別方法和封閉空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部聲場計算的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展，分析了其中仍然存

4、在的一些值得研究的問題，并以此為基礎(chǔ)，確定了本論文所要研究的主要內(nèi)容。
　　(2)針對響應(yīng)中帶有噪音時載荷識別的困難，提出了聯(lián)合奇異熵去噪修正和正則化預(yù)優(yōu)的共軛梯度迭代識別方法。系統(tǒng)的振動響應(yīng)表示為單位脈沖響應(yīng)函數(shù)與激勵載荷的卷積，并離散化一組線性方程組，將載荷識別問題即轉(zhuǎn)化為求解線性方程組的反問題。一方面對含噪信號進(jìn)行基于奇異熵的去噪處理，提高反問題求解中輸入數(shù)據(jù)的精度。另一方面利用正則化方法對共軛梯度迭代算法進(jìn)行預(yù)優(yōu)，改善反問

5、題的非適定性。由于從輸入的響應(yīng)數(shù)據(jù)去噪和正則化算法兩方面同時改善動態(tài)載荷識別反問題的求解，因此可以有效地抑制噪聲，提高識別精度。通過數(shù)值算例分析，表明在不同的噪聲水平干擾下，其識別精度均優(yōu)于常規(guī)的正則化方法，能夠?qū)崿F(xiàn)有效穩(wěn)定地識別動態(tài)載荷。最后通過實驗研究進(jìn)一步驗證了該方法的正確性和有效性。
　　(3)對封閉空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)聲場分析計算問題的數(shù)值求解方法進(jìn)行了詳細(xì)的論述，推導(dǎo)了求解Helmholtz方程的聲學(xué)有限元法和聲學(xué)邊界元方法的理

6、論公式，并分析了這兩種數(shù)值計算方法在實際應(yīng)用中的不足之處。
　　(4)推導(dǎo)了基于邊界元法的聲傳遞向量的計算公式。提出了用于分析復(fù)雜封閉空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)聲場的等效聲傳遞向量法，導(dǎo)出了等效聲傳遞向量和面板聲學(xué)貢獻(xiàn)度的理論公式，研究了等效聲傳遞向量法的數(shù)值計算誤差影響因素。該方法避免了邊界元法中復(fù)雜的數(shù)值計算和奇異積分的處理過程，簡化了計算過程，有利于向工程實際推廣。分別以三個不同形狀結(jié)構(gòu)形成的聲腔模型為例進(jìn)行聲場分析，仿真實驗結(jié)果證明了該方

7、法的正確性和有效性。
　　(5)基于等效源法的內(nèi)部聲全息技術(shù)，提出了一種復(fù)雜封閉空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)聲場的面板聲學(xué)貢獻(xiàn)度識別方法。首先重構(gòu)出振動結(jié)構(gòu)表面的法向振速，實現(xiàn)對整個內(nèi)部封閉聲場的預(yù)測，再將振動結(jié)構(gòu)的每個面板在腔體內(nèi)部場點產(chǎn)生的聲壓分別用位于空腔表面附近的等效源在該點產(chǎn)生的輻射聲壓代替，將復(fù)雜的封閉非自由聲場問題轉(zhuǎn)化為簡單的內(nèi)部自由場問題，結(jié)合重建出的結(jié)構(gòu)表面法向振速進(jìn)而識別出封閉振動結(jié)構(gòu)各面板對腔體內(nèi)任意位置的聲學(xué)貢獻(xiàn)度。研究了等