基于混合有限元-波函數(shù)法的結(jié)構(gòu)-聲耦合分析.pdf

1、封閉聲腔內(nèi)部的聲學問題在實際工程問題中是極具現(xiàn)實意義的，汽車的內(nèi)部空間、飛機機艙、潛艇內(nèi)部以及船舶船艙等研究對象的內(nèi)部聲學問題均屬于該范疇。建立此類結(jié)構(gòu)-聲學耦合系統(tǒng)的預(yù)測模型，分析聲腔內(nèi)部的聲壓可以為降噪提供指導(dǎo)。目前，缺乏廣泛適用于結(jié)構(gòu)-聲學耦合系統(tǒng)中頻聲學分析的確定性數(shù)值分析方法。有限元法具有幾何適應(yīng)性強但隨頻率增加計算時間成本迅速增加的特性，而波函數(shù)法有收斂性好但幾何適應(yīng)性差的特性，結(jié)合有限元法和波函數(shù)法兩者的優(yōu)點，實現(xiàn)有限元-

2、波函數(shù)法混合建模，可提高預(yù)測分析頻率，同時保證建模方式的良好幾何適應(yīng)性，以解決實際工程問題的中頻預(yù)測分析問題。
　　建立平板結(jié)構(gòu)和楔形聲腔的波函數(shù)法模型，將場變量分布、響應(yīng)點響應(yīng)曲線和誤差分布與有限元對比以展示波函數(shù)法的精度。以相對誤差為因變量，模型系統(tǒng)矩陣維度和CPU運行時間分別為自變量，對平板結(jié)構(gòu)作特定頻率下的收斂性分析，以比較有限元法和波函數(shù)法的計算效率。
　　波函數(shù)法收斂的充分不必要條件是求解域為凸形域，若求解域為非

3、凸形域，則需要將其劃分為互不重疊的凸形域，并通過連續(xù)性條件實現(xiàn)各子域之間的耦合。分別建立了L型平板和L型聲腔的多域波函數(shù)法數(shù)值模型，以說明域分解在波函數(shù)法中的有效性，拓展波函數(shù)法的應(yīng)用范圍。
　　將有限元法用于幾何復(fù)雜的區(qū)域，波函數(shù)法用于幾何簡單的區(qū)域，實現(xiàn)有限元-波函數(shù)法混合建模，可減少離散單元帶來的誤差，提高模型的可預(yù)測頻率，從而進一步拓展波函數(shù)法的應(yīng)用范圍。在 Mat lab中編程建立了二維車內(nèi)聲學的FE-WBM混合模型，將

4、預(yù)測結(jié)果與有限元法比較，以驗證混合建模方法的精度，通過特定頻率下的收斂性分析，展示FE-WBM和FEM的收斂特性。分別以聲腔為矩形聲腔和非凸形域的耦合系統(tǒng)為對象，編寫結(jié)構(gòu)-聲學耦合系統(tǒng)的有限元-波函數(shù)法聲學預(yù)測模型，以分別展示結(jié)構(gòu)有限元-聲腔波函數(shù)法與結(jié)構(gòu)有限元-聲腔有限元和波函數(shù)法混合建模方法。
　　設(shè)計了結(jié)構(gòu)-聲學耦合系統(tǒng)的實驗。采用波函數(shù)法和有限元-波函數(shù)法建立了實驗?zāi)Ｐ偷穆晧侯A(yù)測模型，將預(yù)測結(jié)果與實驗測試結(jié)果做了對比，以驗