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)部噪聲問題是一個具有極強實際意義的問題，其應(yīng)用對象包括汽車駕駛室、飛機機艙和艦船船艙，而在結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合振動分析基礎(chǔ)上進行聲場優(yōu)化是一個正在發(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，并針對該方法中的兩個關(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)靈敏度計算方法；然后應(yīng)用波函數(shù)法，建立了相干雙激勵下的結(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下的聲場分布規(guī)律；最后對所提出方法的有效性和可靠性進行了實驗驗證。 基于間接Trefftz 理論，詳細推導(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。通過一些計算實例，將該方法

3、的數(shù)值仿真結(jié)果與精確解及有限元數(shù)值解進行對比，驗證了波函數(shù)法的有效性，同時證明該方法在收斂速度、計算精度和計算時間上都有很大的優(yōu)勢，能將計算頻率覆蓋到中頻區(qū)域。 針對現(xiàn)有表征結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合強度參數(shù)的缺陷，提出了新的耦合強度計算公式，使其更加全面和合理。 針對波函數(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)的多域計算模型，從而擴展了該方法的應(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，對收斂速度和計算時間沒有太大的影響。 基于波函數(shù)法理論，對結(jié)構(gòu)-聲學(xué)靈敏度進行了探討，通過對結(jié)構(gòu)與聲學(xué)響應(yīng)的波函數(shù)展開式直接相對于設(shè)計變量求導(dǎo)，便得到了結(jié)構(gòu)-聲學(xué)靈敏度表達式，然后對系統(tǒng)模型方程求導(dǎo)，求得靈敏度表達式中的未知參數(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)的靈敏度計算模型。通過實例研究，討論了結(jié)構(gòu)及聲學(xué)響應(yīng)相對于設(shè)計

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，建立了相干雙激勵下的結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合系統(tǒng)波函數(shù)模型。并針對一個長方體實例，從理論上驗證了該模型的正確性，并討論了激勵之間的相位差、板結(jié)構(gòu)的阻尼以及腔體表面上的吸聲材料對空腔聲場分布的影響，從仿真結(jié)果可以看出：激勵之間的相位差對聲場分布有較大的影響；抑制板結(jié)構(gòu)的振動，能有效降低其近場聲壓，但對于遠場分布影響很??； 而吸聲材料的使用導(dǎo)致聲場能量的