基于基本結(jié)構(gòu)聲源等效法的復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲輻射建模與特性分析.pdf

1、復(fù)雜結(jié)構(gòu)外輻射聲場問題涉及多個學(xué)科，長期以來一直是結(jié)構(gòu)噪聲分析和控制領(lǐng)域的前沿性課題。在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的今天，機(jī)械產(chǎn)品與設(shè)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(jié)構(gòu)的靜動態(tài)性能的要求也越來越高。研究建立復(fù)雜結(jié)構(gòu)外輻射聲場的模型并對其特性進(jìn)行深入分析對尋求一種低噪聲的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法具有重要的理論價值和現(xiàn)實(shí)意義。 論文提出了基于基本結(jié)構(gòu)聲源等效法的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的聲輻射建模方法；建立了各個基本封閉結(jié)構(gòu)和未封閉結(jié)構(gòu)聲源的聲輻

2、射模型；分析了由兩個基本結(jié)構(gòu)聲源連接起來的連接結(jié)構(gòu)的外輻射聲場；制作實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯碚撏茖?dǎo)進(jìn)行驗(yàn)證；并成功運(yùn)用本文所述方法深入分析了實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的外輻射聲場。論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)包括： 1．將復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡化為單個封閉規(guī)則結(jié)構(gòu)(長方體、圓柱體)與未封閉規(guī)則結(jié)構(gòu)的連接組合，以所建立的規(guī)則結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)聲源等效法的復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(chǔ)上，建立了作為基本結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)彈簧系統(tǒng)引入了不同的彈性邊界條件和彈性結(jié)構(gòu)之間振動的耦合，在分別考慮腔體內(nèi)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(shù)、瑞利一李茲方法和聲模態(tài)理論推導(dǎo)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(zhuǎn)彈簧構(gòu)建了一個彈性封閉圓柱腔體。由整個彈性結(jié)構(gòu)的漢

4、密爾頓函數(shù)和封閉圓柱聲腔的聲模態(tài)建立了各子結(jié)構(gòu)(圓板、圓柱殼、聲腔)之間的耦合方程，推導(dǎo)出腔體內(nèi)的耦合聲場以及彈性結(jié)構(gòu)的振動速度。在此基礎(chǔ)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(shí)際中，許多結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(dāng)作是沒有孔的板來處理，小孔處當(dāng)作空氣活塞來處理，

5、整個結(jié)構(gòu)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(yùn)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(jié)構(gòu)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(nèi)聲場及腔體外的輻射聲場之間的影響和耦合。為便于推導(dǎo)，模型由5個剛性面和一塊四邊簡支的彈性矩形薄板構(gòu)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(shù)的正交性對方程組進(jìn)行解耦，得到彈性結(jié)構(gòu)及其與聲場之間的耦合系數(shù)，進(jìn)而推導(dǎo)出整個結(jié)構(gòu)腔體外

6、的輻射聲場表達(dá)式。通過算例分析了孔徑的變化對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)聲源的連接處施加假想的線性彈簧和旋轉(zhuǎn)彈簧，分析了兩彈性長方腔體連接結(jié)構(gòu)、封閉彈性長方腔體與圓柱腔體連接結(jié)構(gòu)外的輻射聲場特性。模型利用假想的彈簧引入了兩彈性結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)制作了彈性封閉長方