基于格林函数法的封闭声腔的结构-声耦合分析

以封闭声腔为模型 ,在考虑流固耦合作用的基础上 ,结合流体格林函数和 Helm holtz方程及其边界条件 ,导出了各阶声压模态对应的声压振幅响应公式 ;结合结构格林函数和板的振动方程及其边界条件 ,导出了各阶板模态对应的速度振幅响应公式。这两个公式物理意义明确 ,易于转化为矩阵形式直接进行数值仿真 ,可应用于任意几何形状的封闭声腔 ,为进一步研究封闭声腔的结构 -声耦合问题提供了必要的理论基础。数值仿真部分首先对声压振幅和速度振幅的积分形式作了矩阵化。然后以长方体封闭声腔为模型 ,结合有限元法计算声压模态和弹性板的振动模态 ,合成耦合系数 ,并最终合成弹性板与声腔耦合作用下的的声压响应和弹性板的速度响应 ;将数值仿真结果与解析结果以及前人的试验结果进行比较 ,验证了本文在理论分析和数值仿真方面的正确性。最后将该方法应用于一个非规则封闭声腔模型 ,得到了结构 -声耦合作用下的系统响应。

耦合封闭声腔的主导声辐射模态确定方法

将在某一频率下或某一频段内对封闭声腔声势能起主要作用的一阶或几阶声辐射模态定义为耦合封闭声腔的主导声辐射模态。准确认定主导声辐射模态至关重要,直接影响有源控制效果。然而,现有的主导声辐射模态确定方法,要么仅考虑辐射效率的作用而忽视模态幅度的影响,要么就需要用到结构模态信息,难以实现工程应用。基于此,综合运用计算和测试手段,全面考虑辐射效率和模态幅度两个因素,提出了一种基于"初选—预留—后验"的主导声辐射模态确定方法,并通过实验研究证明了该方法的有效性和可行性。结果表明:提出的确定方法能够准确认定主导声辐射模态,确定过程中不需要用到辐射体的结构模态信息,可用于指导控制目标选取或重构封闭声腔声势能。

矩形封闭声腔壁板轻量化对声固耦合特性的影响

基于模态耦合法建立了考虑对侧柔性壁板的矩形封闭腔体声固耦合模型,导出了耦合系统声振响应随柔性板材料属性及厚度变化的近似关系.通过数值仿真计算,详细分析了单柔性板-单侧激励、双柔性板-双侧激励及双柔性板-单侧激励三种情况下板的轻量化设计对系统声固耦合特性及腔内声压响应的影响.结果表明:对于单柔性板-单侧激励及双柔性板-双侧激励情况,低频段腔内声压主要取决于板厚,其次是杨氏模量,而与板密度关系较弱.因此使用适当增厚的轻质板可以同时达到减重和低频区降噪的目标.对于双柔性板-单侧激励情况,适当的轻量化设计可以显著增强两板间低频段振动的耦合,从而降低该频段的声腔模态响应及腔内噪音.在中高频段,增加板厚和材料密度对降低三种情况的腔内声压均有利。

非规则封闭声腔在PVDF压电薄膜激励下的响应分析

在噪声主动控制领域,尽管PVDF压电薄膜相对于压电陶瓷而言应变压电常数以及扬氏弹性模量都较小,很少作为作动器使用,但由于它具有良好的柔韧性,能够大面积地覆盖在结构表面,产生大范围的分布应力,能承受较压电陶瓷大得多的电压,因此是一种很有潜力的作动器.为了分析PVDF压电薄膜对于非规则封闭声腔内部声压的控制机理,本文研究弹性边界上有一对压电薄膜作动器激励的非规则封闭声腔响应特性.文中首先以弹性边界的振动方程以及经典波动方程为基础,描述了结构-声之间的耦合作用;然后结合压电薄膜本构方程和弹性边界振动方程,给出了机电耦合的描述.结合这两种描述,本文给出了整个系统在输入交变电场的作用下,如何通过压电薄膜对结构的作用将激励传递到内部声场的理论分析,并且给出了仿真结果.

具有弹性板的矩形封闭声腔结构-声耦合数值仿真分析

封闭声腔内的噪声控制问题具有重要的工程背景和研究意义。本文运用有限元软件ANSYS建立了由五块弹性板和一个刚性壁面构成的矩形封闭声腔结构,在考虑弹性结构与腔内声场的耦合作用下,分析了在给定的结构约束条件下矩形封闭声腔腔内声场的前十阶声模态,并在此基础上进一步分析了,在弹性结构上施加简谐激励力后,封闭声腔腔内声场的声压分布情况以及声压随频率的变化规律。最后,通过改变弹性板的边界条件,分析了边界条件对腔内声场特性的影响。

基于声辐射模态的耦合封闭声腔有源结构声控制机理

利用声辐射模态进行有源结构声控制(ASAC)是一种全新有效的结构声控制方法。为此,结合结构模态和声模态,研究了基于声辐射模态的ASAC机理。研究结果表明:基于声辐射模态的ASAC机理在于大幅降低主导声辐射模态幅度;从结构模态的角度来看,板控模态频率下的结构模态幅度出现模态抑制,而腔控模态频率下则发生模态重组;从声模态角度来看,同时降低了与该阶主导声辐射模态耦合的一组声模态幅度,从而实现了声势能衰减和全局降噪。

基于改进Trefftz有限元法分析封闭多连通声腔响应

利用改进的Trefftz-有限元方法求解Helmholtz方程。将Trefftz-有限元方法应用到多连通封闭结构的声响应求解。使用满足控制方程的完备解系作为整个域内的场变量,利用变分原理推导出满足Helmholtz方程的Trefftz八结点四边形单元模型,推导出用Trefftz-有限元方法求解多连通封闭结构的声响应问题方程组的刚度矩阵。利用matlab工具进行数值仿真分析,分析结果表明改进的Trefftz-有限元方法可用于计算封闭多连通声腔的响应,且计算结果比传统的有限元方法简便。

非规则声腔的结构-声耦合分析

以非规则封闭声腔为研究对象,从薄板振动方程和声学的经典波动方程出发,运用格林积分理论推导出了结构-声耦合系统在外力激励下的声压响应以及声腔边界振动响应的表达式。随后在规则声腔模型的数值仿真和理论分析中验证了这一理论的正确性,并将该理论应用于非规则封闭声腔的数值仿真,仿真结果能较好地反映出结构-声的耦合作用。

弹性长方体封闭结构腔声辐射建模与分析

基于Dowell的结构声耦合理论、瑞利积分和声波透射理论,由各阶声压模态对应的声压振幅响应和各阶板模态对应的速度振幅响应公式推导出了由6块四边简支弹性板构成的封闭矩形腔外的辐射和透射声场解析解.在此基础上论述了声场的物理特性,并指出腔体外的声场主要为辐射声场.为进一步验证结果的正确性,运用有限元法计算腔体内的声模态和弹性板的振动模态及其耦合系数,结合边界元法计算出腔体外的声压响应,并将此数值仿真结果与解析结果进行比较,验证了理论推导的正确性.

封闭弹性长方体与柱状体连接结构的辐射声场分析

建立了以机械方式连接的封闭弹性长方体与弹性圆柱体的外辐射声场模型。通过在弹性板和壳的四周以及两弹性结构连接点之间施加假想的弹簧系统模拟不同的边界条件和连接条件,利用汉密尔顿函数和瑞利-李兹方法,推导出了腔体外辐射声场的解析解。该模型充分考虑了弹性结构之间的振动耦合以及弹性结构与腔体内声场之间的耦合。通过算例表明,弹性结构的辐射声场主要由其中的直接受力件的辐射声场所决定;弹性结构连接点处线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧大。同时,运用有限元法计算两个腔体内的声模态和弹性结构的振动模态,及其耦合系数,结合边界元法计算出腔体外的声压响应,并将此数值仿真结果与前面导出的解析结果进行比较,验证理论推导的正确性。

考虑边界条件的弹性长方体封闭结构腔辐射声场分析

在弹性板边界施加假想的弹簧系统模拟板的不同边界条件,利用汉密尔顿函数和瑞利—李兹方法,建立由2块四边弹性支承的弹性板及4块刚性板构成的封闭矩形腔外的辐射声场模型,推导腔体外辐射声场的解析解。该模型考虑两弹性板之间以及弹性板与腔体内声场之间的耦合。算例表明,低频段时两弹性板之间为弱耦合,辐射声场主要由受到外激励的结构所决定;支承板的线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧大。同时,运用有限元法计算腔体内的声模态和弹性板的振动模态及其耦合系数,结合边界元法计算出腔体外的声压响应,并将此数值仿真结果与前面导出的解析结果进行比较,理论推导的正确性得到验证。

基于解析法的复杂封闭空间有源结构声控制

给出了任意凸多面体声腔在内部点源和外力激励下,腔内声压分布的解析解。该解析方法较传统的数值方法,不仅数据准备量小、速度快精度高,且能够解决目前常用的声弹性法难以解决的复杂几何形状的封闭空腔的声固耦合问题。在此基础上,结合有源结构声控制方法,建立了复杂封闭空间局部区域有源消声的模型,给出了矩阵形式的数值算法,并对一类似车辆驾驶室的复杂封闭空腔进行了有源降噪仿真分析,降噪效果良好,证明该方法可以作为复杂封闭空间有源力消声控制系统的建模基础。

任意边界条件的弹性长方体封闭腔辐射声场分析

在弹性板边界施加假想的弹簧系统模拟板的不同边界条件,利用汉密尔顿函数和瑞利—李兹方法,建立了由1块四边弹性支承的弹性板及5块刚性板构成的封闭矩形腔外的辐射声场模型,推导了腔体外辐射声场的解析解。该模型考虑了任意边界条件下的弹性板与腔体内声场之间的耦合。将仿真计算结果与实验结果进行比较,验证了理论推导的正确性。算例表明:低频段时支承板的线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧的大。

两封闭弹性长方体连接结构的声辐射建模与分析

利用汉密尔顿函数和瑞利-李兹方法,建立了分别由1块四边弹性支承的弹性板及5块刚性板构成的两连接封闭矩形腔外的辐射声场模型,推导了腔体外辐射声场的解析解。模型在两个弹性长方体结构的连接处施加假想的弹簧系统模拟不同连接条件,同时考虑了两弹性结构连接点之间以及弹性板与腔体内声场之间的耦合。通过算例表明,间接力通过连接结构对弹性板辐射声场的影响明显小于弹性板在同样直接力作用下的辐射声场;弹性结构连接点处线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧大。

两封闭弹性柱状体连接结构的辐射声场分析

利用汉密尔顿函数和瑞利-李兹方法,建立了不同边界条件下两封闭弹性圆柱腔体连接结构的外辐射声场模型。通过在两弹性柱状结构的端板连接点处施加假想的弹簧模拟了不同的连接条件,推导出了连接结构外辐射声场的解析解。该模型充分考虑了柱状体内部结构之间的振动耦合、弹性柱状体结构与腔体内声场之间的耦合以及由连接点引入的两柱状结构之间的振动耦合。通过算例表明,弹性结构的辐射声场主要由其中的直接受力结构的辐射声场所决定;两弹性柱状结构连接点处旋转弹簧的刚度变化对整个结构辐射声场的影响较线弹簧小。研究结果为工程中连接结构辐射噪声的分析和控制提供了一定的理论依据。