結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合分析及其波函數(shù)法研究.pdf

1、研究空腔內(nèi)部噪聲問題是一個(gè)具有極強(qiáng)實(shí)際意義的問題，其應(yīng)用對(duì)象包括汽車駕駛室、飛機(jī)機(jī)艙和艦船船艙，而在結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合振動(dòng)分析基礎(chǔ)上進(jìn)行聲場優(yōu)化是一個(gè)正在發(fā)展的方向。本文在分析了國內(nèi)外現(xiàn)有研究結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合方法有缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，基于間接Trefftz 理論，發(fā)展了一種新的結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合分析方法——波函數(shù)法，詳細(xì)推導(dǎo)了板結(jié)構(gòu)、聲學(xué)空腔和結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合系統(tǒng)的波函數(shù)模型，并針對(duì)該方法中的兩個(gè)關(guān)鍵問題，波函數(shù)序列與多域問題，提出了有效的解決方法；在此

2、基礎(chǔ)上，提出了一種基于波函數(shù)法的結(jié)構(gòu)-聲學(xué)靈敏度計(jì)算方法；然后應(yīng)用波函數(shù)法，建立了相干雙激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合系統(tǒng)波函數(shù)模型，從理論上研究了相干激勵(lì)下的聲場分布規(guī)律；最后對(duì)所提出方法的有效性和可靠性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 基于間接Trefftz 理論，詳細(xì)推導(dǎo)了用波函數(shù)法求解平板與空腔耦合系統(tǒng)在外力作用下的三維結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合系統(tǒng)的理論計(jì)算模型。論文利用任意邊界條件的長方體空腔，推導(dǎo)并證明了新的聲學(xué)波函數(shù)系列。通過一些計(jì)算實(shí)例，將該方法

3、的數(shù)值仿真結(jié)果與精確解及有限元數(shù)值解進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了波函數(shù)法的有效性，同時(shí)證明該方法在收斂速度、計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間上都有很大的優(yōu)勢(shì)，能將計(jì)算頻率覆蓋到中頻區(qū)域。 針對(duì)現(xiàn)有表征結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合強(qiáng)度參數(shù)的缺陷，提出了新的耦合強(qiáng)度計(jì)算公式，使其更加全面和合理。 針對(duì)波函數(shù)法的多域問題，提出了一種基于邊界連續(xù)性條件的域分解方法，分別建立了平板結(jié)構(gòu)、聲學(xué)空腔和結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合系統(tǒng)的多域計(jì)算模型，從而擴(kuò)展了該方法的應(yīng)用范圍。數(shù)值仿真結(jié)果

4、表明，這種域分解技術(shù)是正確而有效的，對(duì)收斂速度和計(jì)算時(shí)間沒有太大的影響。 基于波函數(shù)法理論，對(duì)結(jié)構(gòu)-聲學(xué)靈敏度進(jìn)行了探討，通過對(duì)結(jié)構(gòu)與聲學(xué)響應(yīng)的波函數(shù)展開式直接相對(duì)于設(shè)計(jì)變量求導(dǎo)，便得到了結(jié)構(gòu)-聲學(xué)靈敏度表達(dá)式，然后對(duì)系統(tǒng)模型方程求導(dǎo)，求得靈敏度表達(dá)式中的未知參數(shù)，從而得到結(jié)構(gòu)-聲學(xué)靈敏度的最終計(jì)算公式。通過這種方法，分別建立了平板結(jié)構(gòu)、聲學(xué)空腔以及結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合系統(tǒng)的靈敏度計(jì)算模型。通過實(shí)例研究，討論了結(jié)構(gòu)及聲學(xué)響應(yīng)相對(duì)于設(shè)計(jì)

5、變量的靈敏度變化規(guī)律。 應(yīng)用波函數(shù)法，利用平板和空腔波函數(shù)模型以及它們的耦合關(guān)系，建立了相干雙激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合系統(tǒng)波函數(shù)模型。并針對(duì)一個(gè)長方體實(shí)例，從理論上驗(yàn)證了該模型的正確性，并討論了激勵(lì)之間的相位差、板結(jié)構(gòu)的阻尼以及腔體表面上的吸聲材料對(duì)空腔聲場分布的影響，從仿真結(jié)果可以看出：激勵(lì)之間的相位差對(duì)聲場分布有較大的影響；抑制板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，能有效降低其近場聲壓，但對(duì)于遠(yuǎn)場分布影響很小； 而吸聲材料的使用導(dǎo)致聲場能量的