復(fù)雜封閉空腔聲固耦合分析及其有源消聲系統(tǒng)研究.pdf

1、復(fù)雜封閉空腔的聲固耦合場(chǎng)分析及其有源結(jié)構(gòu)聲控制問題，一直是國際上非常關(guān)心的前沿領(lǐng)域。隨著越來越多的高性能輕量化的結(jié)構(gòu)應(yīng)用，封閉空腔內(nèi)的聲固耦合場(chǎng)分析和相關(guān)的噪聲控制問題顯得日益突出。研究被輕型結(jié)構(gòu)環(huán)繞的封閉空腔內(nèi)聲固耦合場(chǎng)及其有源結(jié)構(gòu)聲控制問題，具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 論文改進(jìn)了覆蓋域法，提高了其計(jì)算效率，運(yùn)用該方法可以計(jì)算任意凸多面體形狀的彈性壁組成的封閉空腔內(nèi)聲固耦合場(chǎng)：首次提出應(yīng)用小波迦遼金法解決一般工程上常見的復(fù)

2、雜形狀封閉空腔聲固耦合場(chǎng)；重點(diǎn)研究了一幾何形狀類似轎車車廂，并且其中一個(gè)壁面安裝有基于THUNDER的智能雙層結(jié)構(gòu)的封閉空腔系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“雙層板腔”系統(tǒng)）的聲固耦合場(chǎng)分析及其有源結(jié)構(gòu)聲控制問題；針對(duì)該“雙層板腔”系統(tǒng)進(jìn)行了致動(dòng)器位置優(yōu)化研究，開發(fā)了基于模型參考自適應(yīng)方法的“間接傳感策略”，搭建了相應(yīng)的試驗(yàn)平臺(tái)，并成功運(yùn)用上述方法進(jìn)行了單頻激勵(lì)下的有源結(jié)構(gòu)聲控制試驗(yàn)，取得了良好的降噪效果。 論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1．

3、在充分研究覆蓋域法的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了原算法：將原算法中利用球諧函數(shù)展開的級(jí)數(shù)解改為利用Legendre級(jí)數(shù)形式展開，使得改進(jìn)的算法精度更高，計(jì)算速度更快。在此基礎(chǔ)上，本章結(jié)合波動(dòng)方程、球殼振動(dòng)方程，以及散射聲場(chǎng)的疊加原理和聲學(xué)互易原理建立了任意彈性凸多面體聲腔的聲固耦合場(chǎng)方程，得到復(fù)雜封閉空腔的聲固耦合場(chǎng)解析解，并構(gòu)建了有源結(jié)構(gòu)聲控制模型。 2．論文首次提出了基于小波迦遼金法的復(fù)雜封閉空腔聲固耦合場(chǎng)計(jì)算方法。運(yùn)用具有正交性，緊支撐

4、性，高階消失矩特性的Daubechies小波和迦遼金法結(jié)合，直接求解聲固耦合方程。論文應(yīng)用擴(kuò)展邊界法（shift Boundary Method），解決了復(fù)雜邊界條件的處理，并推導(dǎo)了聲固耦合場(chǎng)計(jì)算中需要用到的關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算格式，運(yùn)用該算法成功解決了一類似車廂的封閉空腔聲固耦合場(chǎng)問題。 3．為了研究有源噪聲控制的實(shí)際應(yīng)用，論文設(shè)計(jì)了基于新一代大位移致動(dòng)器“THUNDER”的智能雙層結(jié)構(gòu)作為一種有源噪聲控制的智能元件。在保留THUND

5、ER最大驅(qū)動(dòng)性能的前提下，該結(jié)構(gòu)制作簡(jiǎn)單，容易集成到現(xiàn)有的裝備中使用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)該智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的能量傳遞路徑主要由THUNDER的剛度和空氣腔剛度的比例系數(shù)決定，給出了由比例系數(shù)判定系統(tǒng)能量傳遞路徑的方法，為深入研究雙層板腔系統(tǒng)的有源結(jié)構(gòu)聲控制策略奠定了基礎(chǔ)。 4．論文討論了針對(duì)復(fù)雜封閉空腔聲固耦合場(chǎng)的有源結(jié)構(gòu)聲控制中致動(dòng)器位置的優(yōu)化方法。研究證明聲固耦合場(chǎng)是具有高度非線性，多峰值的非凸函數(shù)，常規(guī)的基于梯度的優(yōu)化算法和一些基

6、于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的響應(yīng)面估計(jì)方法，都很難達(dá)到滿意的效果。遺傳算法是較合適的優(yōu)化算法。在此基礎(chǔ)上論文給出了“雙層板腔系統(tǒng)”在模型參考自適應(yīng)控制策略下的致動(dòng)器位置最優(yōu)解，作為智能結(jié)構(gòu)中THUNDER安裝位置的參考。 5．論文研究了用結(jié)構(gòu)上的加速度傳感器代替聲腔中的實(shí)際傳聲器的“間接傳感”策略，并從理論上推導(dǎo)了這種“間接傳感”策略的實(shí)現(xiàn)機(jī)理和限制條件。這種基于模型參考自適應(yīng)框架下的“間接傳感”策略，不僅大大增強(qiáng)了有源噪聲控制系統(tǒng)的實(shí)用性，而

7、且使直接控制腔內(nèi)全局聲勢(shì)能成為可能。并且論文基于小波迦遼金法構(gòu)建被控系統(tǒng)傳遞函數(shù)，在Matlab/Simulink環(huán)境下給出了基于自適應(yīng)濾波控制算法的有源結(jié)構(gòu)聲控制系統(tǒng)仿真方案，在單頻激勵(lì)和有限帶寬隨機(jī)激勵(lì)下都取得了滿意的降噪效果。 6．論文在dSPACE及Matlab/Simulink為核心的硬件在環(huán)實(shí)時(shí)控制平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了基于模型參考自適應(yīng)控制的有源結(jié)構(gòu)聲控制，在雙層板腔響應(yīng)最強(qiáng)烈的單頻上，實(shí)施單頻有源結(jié)構(gòu)聲控制，取得了很好的