基于面板聲學貢獻度的封閉空腔結構內聲場分析的若干關鍵問題研究.pdf

1、彈性封閉空腔結構在動態(tài)載荷激勵下產生振動進而形成的空間復雜聲場是工程實際中最具代表性的一類聲場，如汽車、船舶和飛機的艙內聲場。對該類聲場的研究一直以來都是振動與噪聲控制領域的一個重要研究方向，實現(xiàn)對這類封閉空腔結構內部聲場的聲學響應預測和分析，具有重要的理論研究意義和廣闊的工程應用前景。
　　根據(jù)傳遞路徑分析方法的原理，系統(tǒng)響應可認為是外界激勵通過多種不同路徑傳遞到響應點的能量貢獻疊加。因此通過識別外界激勵載荷和計算結構振動聲輻射

2、來解決復雜封閉空腔結構的振動噪聲分析與控制問題。
　　本文以封閉空腔結構受激所形成的內部復雜聲場為研究對象，用結構部件的面板聲學貢獻度代替先前的傳遞路徑貢獻量，以預測和控制封閉結構聲腔內的聲學響應為目標，深入研究結構外界激勵載荷的識別和復雜封閉空腔內部聲場響應計算兩個關鍵問題。在激勵載荷的識別方面，提出了具有一般意義的結構動態(tài)載荷時域識別方法，提高了載荷識別的精度和穩(wěn)定性。在振動聲輻射計算求解方面，提出了用于計算復雜封閉結構振動形

3、成的內部空間聲場的等效聲傳遞向量法，避免了邊界元法的固有缺點，計算效率更高。在封閉空腔結構內聲場預測和聲學優(yōu)化方面，提出了一種基于等效源法的內部近場聲全息的面板聲學貢獻度計算方法，該方法可在重建封閉空腔結構內聲場的同時，有效識別出各振動板件對封閉聲場的聲學貢獻度。完成的主要研究工作和成果如下:
　　(1)闡述了封閉空腔結構內部聲場分析的研究意義，詳細回顧了動態(tài)載荷識別方法和封閉空腔結構內部聲場計算的研究現(xiàn)狀和進展，分析了其中仍然存

4、在的一些值得研究的問題，并以此為基礎，確定了本論文所要研究的主要內容。
　　(2)針對響應中帶有噪音時載荷識別的困難，提出了聯(lián)合奇異熵去噪修正和正則化預優(yōu)的共軛梯度迭代識別方法。系統(tǒng)的振動響應表示為單位脈沖響應函數(shù)與激勵載荷的卷積，并離散化一組線性方程組，將載荷識別問題即轉化為求解線性方程組的反問題。一方面對含噪信號進行基于奇異熵的去噪處理，提高反問題求解中輸入數(shù)據(jù)的精度。另一方面利用正則化方法對共軛梯度迭代算法進行預優(yōu)，改善反問

5、題的非適定性。由于從輸入的響應數(shù)據(jù)去噪和正則化算法兩方面同時改善動態(tài)載荷識別反問題的求解，因此可以有效地抑制噪聲，提高識別精度。通過數(shù)值算例分析，表明在不同的噪聲水平干擾下，其識別精度均優(yōu)于常規(guī)的正則化方法，能夠實現(xiàn)有效穩(wěn)定地識別動態(tài)載荷。最后通過實驗研究進一步驗證了該方法的正確性和有效性。
　　(3)對封閉空腔結構內聲場分析計算問題的數(shù)值求解方法進行了詳細的論述，推導了求解Helmholtz方程的聲學有限元法和聲學邊界元方法的理

6、論公式，并分析了這兩種數(shù)值計算方法在實際應用中的不足之處。
　　(4)推導了基于邊界元法的聲傳遞向量的計算公式。提出了用于分析復雜封閉空腔結構內聲場的等效聲傳遞向量法，導出了等效聲傳遞向量和面板聲學貢獻度的理論公式，研究了等效聲傳遞向量法的數(shù)值計算誤差影響因素。該方法避免了邊界元法中復雜的數(shù)值計算和奇異積分的處理過程，簡化了計算過程，有利于向工程實際推廣。分別以三個不同形狀結構形成的聲腔模型為例進行聲場分析，仿真實驗結果證明了該方

7、法的正確性和有效性。
　　(5)基于等效源法的內部聲全息技術，提出了一種復雜封閉空腔結構內聲場的面板聲學貢獻度識別方法。首先重構出振動結構表面的法向振速，實現(xiàn)對整個內部封閉聲場的預測，再將振動結構的每個面板在腔體內部場點產生的聲壓分別用位于空腔表面附近的等效源在該點產生的輻射聲壓代替，將復雜的封閉非自由聲場問題轉化為簡單的內部自由場問題，結合重建出的結構表面法向振速進而識別出封閉振動結構各面板對腔體內任意位置的聲學貢獻度。研究了等