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。

结构-声耦合法在汽车仪表板隔声性能仿真分析中的应用

镁合金材料具有密度小、比刚度高、阻尼大、抗冲击性好等优势,已成功用于汽车仪表板。应用结构-声耦合法分析仪表板的隔声性能,可避免传统理论求解对模型的苛刻要求和实验条件的限制。通过与实验结果比较,证实结构-声耦合法预测结构隔声性能的可靠性,并得出了扩散声场内汽车仪表板传声损失的数值结果。结果表明,在低频段,相同面密度的压铸镁合金仪表板的隔声性能明显优于钢质仪表板。换用轻质镁合金材料后,需改进原有的结构,使仪表板的固有频率避开噪声源的峰值频段,避免结构在某些频段内的声学特性恶化。采用镁合金材料可在满足汽车减重要求的同时,改善驾驶室内的声学环境。

基于结构-声耦合法研究高铁铝型材的隔声性能

采用脉冲衰减法测量得到铝型材的内损耗因子作为仿真的结构阻尼参数,应用结构-声耦合法计算铝型材样件在100～1 600 Hz中心频段内的隔声量（STL）,并通过与试验对比,验证仿真方法的可靠性。选取3种不同几何断面的铝型材并对比其隔声性能。研究结果表明：侧墙铝型材的隔声性能相对最优,面密度最大的地板铝型材次之,顶板铝型材在500～1 250 Hz内有较宽的隔声谷,隔声性能最差。

蜂窝夹层板封闭声腔的结构-声耦合特性分析

对弹性板封闭声腔的结构-声耦合机制、耦合特性、影响耦合程度的系统参数及其对系统固有频率的影响进行了深入的理论分析,并对耦合系统固有频率进行了估计,通过与已有文献结果的比较对所提出的分析模型和计算方法进行了验证,在此基础上分析了夹层板结构参数对腔内声压响应的影响。结果表明:在满足结构质量和第一阶固有频率约束的前提下,适当增大面板厚度和芯层厚度有利于降低腔内声压响应。

不同边界约束的弹性板封闭梯形声腔的结构-声耦合特性分析

基于解析法分别建立了梯形声腔内声场与两种边界约束形式(简支和固支)弹性壁板间的耦合模型,推导出反映声腔内声场与两种边界约束形式弹性壁板间耦合程度的通用表达式,研究了它们间的耦合特性,并对耦合系统受外界激励后的响应进行了分析。结果表明:对于简支和固支约束弹性壁板分别与梯形声腔构成的两个耦合系统,声腔声场模态与弹性壁板模态间在平行于倾斜壁面的轴向耦合依然具有选择性,而在随壁面倾斜角改变而尺寸变化的轴向其模态间耦合则不再具有选择性;弹性壁板的不同约束形式对腔控耦合系统模态的共振频率影响较小;腔控耦合系统模态的共振频率是否受壁面倾斜角的影响主要取决于倾斜壁面位置和声腔模态序数两个因素;相较于声腔壁面倾斜角对声腔内声场响应有较大的影响,其对板振动的响应影响较小。

含区间参数的结构-声耦合系统可靠性优化设计

针对复合材料结构-声耦合系统,充分考虑系统本身及外载荷的不确定性,基于区间理论建立了相应的有限元分析方法及可靠性优化模型。首先,利用区间对不确定参数进行定量化描述,根据有限元网格推导含区间参数的结构-声耦合内场问题的有限-有限元方程;借助改进的区间泰勒展开方法,快速确定结构响应与声场响应的区间上下界;随后,基于区间可能度建立含不确定参数的耦合系统可靠性优化模型。数值算例通过层合板铺层角度和厚度的优化设计,验证了所建立可靠性优化设计模型及算法的有效性。

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。

求解二维结构-声耦合问题的一种直接方法

本文基于传递矩阵法 (TMM)和虚拟边界元法 (VBEM ) ,提出了一种求解在谐激励作用下二维结构 -声耦合问题的直接法。文中对任意形状的二维弹性环建立了一阶非齐次运动微分方程组 ,便于用齐次扩容精细积分法求解 ,对于含有任意形状孔穴的无穷域流体介质的Helmholtz外问题 ,采用复数形式的Burton_Miller型组合层势法建立了虚拟边界元方程 ,保证了声压在全波数域内存在唯一解。根据叠加原理并结合最小二乘法 ,提出了一种耦合方程的直接解法 ,由于该方法不存在迭代过程 ,因而具有较高的计算精度和效率。文中给出了二个典型弹性环在集中谐激励力作用下声辐射算例 。

封闭声腔的结构-声耦合的瞬态响应及固有特性分析的时域有限体积法

基于波动理论,采用时域有限体积法(TDFVM)研究封闭声腔结构-声耦合问题的瞬态响应及固有特性。该方法在结构与流体区域分别求解结构动力学方程与非均匀介质中的声波动方程,根据流固分界面上的力平衡与质点振速连续条件实现结构-声耦合。通过数值算例验证方法的正确性和精确性,在此基础上研究封闭声腔结构与空气耦合的瞬态响应及固有特性,分析水深变化对耦合系统声振特性和固有特性的影响。结果表明,随着水深的增加,结构与水的耦合会更加强烈,导致耦合系统的特征频率降低,同时空气腔深度的减小,导致声腔的部分固有频率增加。该法对计算机内存要求低,且可以考虑含有非均匀流体的结构-声耦合。

封闭空腔结构-声耦合场内辐射声粗糙度的研究

基于结构-声耦合场有限元模型以及改进后的Sethares非谐音心理声学模型,计算封闭空腔边界上声固耦合板受简谐力激励后引起的空腔内部辐射声,分析其在评价点被快速调制时产生的粗糙度,并研究调制音声压级、调制音频率以及耦合板刚度对辐射声粗糙度的影响。为计算封闭空腔内部声辐射被其它声源所快速调制时产生的声粗糙度提供依据和预测方法。

复杂激励下封闭空腔结构-声耦合场分析

针对复杂激励情况,提出了一种分析封闭空腔结构-声耦合场的新方法。该方法首先利用弹性结构表面有限个测点的法向振速分布计算得到结构模态幅度向量;然后,重建弹性结构表面法向振速场并实现对整个腔内声压场的预测,并在此基础上,为提高重建精度、减小计算量,开展了结构模态截断和测点位置优化等问题研究,给出了结构模态截断原则和测点位置优化方法;最后,以板-腔耦合模型为例进行了分析。结果表明:所提结构-声耦合场求解方法是可行的,给出的结构模态截断原则和测点位置优化方法是有效的。

含区间参数的结构-声耦合系统摄动分析方法

针对实际工程中普遍存在的结构-声耦合系统,充分考虑系统本身及外载荷不确定性,基于摄动理论建立一阶及高阶参数摄动两种区间分析方法。从耦合系统有限元平衡方程出发,引入区间变量对系统不确定参数进行定量化描述。据传统的一阶Taylor展式及摄动理论,可快速估算系统响应区间上下界。高阶区间参数摄动分析方法除采用改进的Taylor展式对区间矩阵、向量近似估算外,亦保留Neumann级数中部分高阶项,可有效提高响应范围的计算精度。以长方体密闭舱室为研究对象,将计算结果与传统蒙特卡洛方法对比,充分验证所提数值计算方法求解含区间参数结构-声耦合问题的可行性、有效性。

基于结构-声耦合法的汽车镁质仪表板声贡献度分析及结构改进

利用结构-声耦合法对仪表板进行声传递损失分析,与隔声实验对比验证了该方法的可靠性和方便性。与钢制仪表板进行隔声性能对比,证明镁质仪表板具有很好的隔声性能。建立仪表板声辐射模型,利用镁质仪表板对入射声场的响应,计算得到仪表板在驾驶室侧的辐射声场,找出辐射声压和声功率峰值频率。通过对声功率和透射声场声压最大处的声贡献度分析,确定了对隔声低谷影响最大的区域。针对该区域进行结构更改从而改变模态值,对其进行计算隔声量。结果表明,改进后的仪表板隔声低谷比改进前提升5 dB,仪表板整体隔声性能提高。

橡胶层与空腔的结构-声耦合解析模型和隔声优化

针对橡胶薄层与空腔的声学耦合,提出一种结构-声耦合解析模型,并基于该模型对密封条的材料与几何参数进行优化。通过加入余弦辅助函数,得到空腔的声学模态振型函数。利用瑞利-里兹法,建立简支双薄层结构振动与空腔声学耦合的解析模型。利用该模型分别计算单点激励的均方响应和扩散声场激励的隔声。通过与阻抗-迁移率方法和混合有限元-统计能量分析(FE-SEA)方法的计算结果对比,验证了该解析模型的准确性。结果表明:与FE-SEA方法相比,该解析模型具有较高的计算效率;利用该解析模型和粒子群算法优化材料与几何参数,使得隔声提高10 dB以上;优化的密封条趋向于扁而宽的截面。

μ_(-synthesis)方法在结构—声耦合系统鲁棒控制中的应用

以在工程中普遍存在的封闭空间结构—声耦合系统为对象,基于鲁棒结构奇异值理论,建立了结构—声耦合系统鲁棒主动控制模型,提出了设计鲁棒-μsynthesis控制器的方法:通过引入虚拟的不确定块,将耦合系统响应性能的问题转化为广义系统的稳定鲁棒性问题,采用标准D-K迭代法求解该增量系统的稳定鲁棒控制器。封闭空间结构—声耦合系统的控制仿真表明,同鲁棒H∞控制结果相比,-μsynthesis方法对模型不确定性具有良好的稳定鲁棒性和性能鲁棒性。同以往的研究相比,新意在于应用-μsynthesis方法设计了结构—声耦合系统鲁棒控制器,以克服H∞控制器的不足。

封闭空腔结构-声耦合场内响度研究

基于结构-声耦合场有限元模型和Zwicker的响度模型,研究了封闭空腔内结构-声耦合场的响度.在考虑了人类听觉对频率的选择性接收的前提下,研究了参与耦合的板的厚度对特征频带声强级的影响,讨论了从特征频带声强级到响度的转换过程.结果表明,观测点声响度变化并不与板厚的变化成比例关系.通过合理选择板厚,可以在观测点上重点关注的相关频带内获得需要的声响度,从而为产品声响度设计提供方法.

功能梯度圆柱壳-内声场耦合系统振声预测

针对功能梯度(FGM)圆柱壳与其内声场的振声特性分析需求,采用特征正交-里兹法研究圆柱壳厚度、材料梯度指数、边界支撑刚度、阻抗边界和简谐力位置等因素对振声系统的影响。圆柱壳的位移及内部声压变量通过特征正交多项式与周向傅里叶谐波函数构建,并以声压做功的方式考虑结构与声场之间耦合条件,进而结合里兹法得到耦合系统的振声模态和稳态响应。研究表明,由该模型所得到的数值解与文献及有限元结果具有较好的一致性。对参数的研究发现,壳体厚度、梯度指数、边界刚度、阻抗边界和激励位置等对振声系统的耦合特性均有较为明显影响,这为该类结构的低噪声设计及其内部声场优化提供了有益的参考。

基于灵敏度分析的结构-声学鲁棒优化设计

针对工程中普遍存在的结构-声场耦合系统,充分考虑系统本身及外载荷的不确定性,提出了求解系统响应范围的区间有限元分析方法及鲁棒优化设计模型.从耦合系统的平衡方程出发,利用中心差分方法得到了系统响应的灵敏度计算公式.引入区间变量来表征信息不足的不确定参数,借助一阶泰勒展式,可以快速估算系统响应的区间上下界.在结构鲁棒优化设计过程中,通过引入灵敏度指标,将原不确定单目标优化问题转化为确定的多目标优化问题.为保证结构性能更加稳定,利用区间可能度刻画约束条件的鲁棒性.数值算例通过某弹舱模型弹性板厚度的优化设计,验证了所建立的鲁棒优化模型及算法的有效性.

车辆驾驶室减振降噪分析与结构设计

利用薄板理论建立了汽车驾驶室壁板的微分振动方程。对驾驶室进行了试验模态分析,得出固有频率和基本振型变化。发现顶板和后壁板振动最大,采用辛几何法计算出了驾驶室顶板和后壁板的固有频率,其值与试验值基本一致,对驾驶室后壁板和顶板分别采用敷贴阻尼材料和加筋板的降噪方法,利用声辐射理论,对改进后的驾驶室降噪效果进行了数值模拟,结果表明,壁板固有频率处的辐射功率和辐射声压级最大,与理论分析相符,并且改进后的驾驶室内部噪声明显降低。

结构振动噪声的H_∞反馈力控制研究

基于H∞ 控制理论 ,采用次级力作为执行器 ,应用反馈控制来抑制结构振动噪声 ,建立了结构振动声辐射反馈力控制模型 ,引入了性能加权函数 ,得到了广义系统模型 ,将反馈控制器设计问题转化为标准H∞ 控制问题求解 .同常用的自适应滤波前馈控制相比 ,这种方案不需要用参考信号、不存在声反馈问题 .封闭空间结构振动声耦合反馈力控制仿真结果表明 :通过合理选择性能加权函数 ,噪声可以在指定频带得到良好的控制 ,最大噪声峰值近 2 0dB(A) .