基于模態(tài)分析方法的有源聲學(xué)結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、有源聲學(xué)結(jié)構(gòu)是近年來(lái)提出的一種控制結(jié)構(gòu)低頻聲輻射的有效方案，它是智能結(jié)構(gòu)在噪聲控制領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。本論文采用模態(tài)分析方法，將傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)理論和新興的聲輻射模態(tài)理論結(jié)合起來(lái)，對(duì)有源聲學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。論文完成如下工作： (1)系統(tǒng)地總結(jié)了結(jié)構(gòu)聲輻射有源控制的各種方法及特點(diǎn)，對(duì)有源聲學(xué)結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)做了分析說(shuō)明，在總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，闡述了有源聲學(xué)結(jié)構(gòu)的研究發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀，指出了尚需解決的

2、關(guān)鍵問(wèn)題。 (2)分別采用振動(dòng)模態(tài)和聲輻射模態(tài)方法對(duì)結(jié)構(gòu)聲輻射進(jìn)行分析，給出了結(jié)構(gòu)表面法向速度、聲場(chǎng)聲壓分布以及聲功率近場(chǎng)計(jì)算的求解方法；將振動(dòng)模態(tài)和聲輻射模態(tài)聯(lián)合起來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)聲輻射進(jìn)行分析，解決了兩個(gè)問(wèn)題：1)確定了結(jié)構(gòu)在不同的激勵(lì)頻率(或振動(dòng)模態(tài))下的主導(dǎo)聲輻射模態(tài)；2)確定了結(jié)構(gòu)各個(gè)振動(dòng)模態(tài)間的耦合對(duì)輻射聲功率的影響。 (3)建立了聲-振耦合下的有源聲學(xué)結(jié)構(gòu)理論模型，基于“角落單極子”模型對(duì)有源聲學(xué)結(jié)構(gòu)的降噪機(jī)理進(jìn)行

3、了解釋并給出了次級(jí)聲源的布放準(zhǔn)則；基于聲輻射模態(tài)理論，結(jié)合振動(dòng)模態(tài)對(duì)次級(jí)聲源的布放規(guī)律進(jìn)行了定量研究，得出了次級(jí)源在各種情況下的最優(yōu)布放位置以及次級(jí)聲源的面積、模態(tài)分布等因素對(duì)控制效果的具體影響。通過(guò)增加次級(jí)聲源個(gè)數(shù)拓寬對(duì)大面積平板聲輻射的降噪頻帶，并從振動(dòng)模態(tài)角度對(duì)次級(jí)聲源的布放方案進(jìn)行了研究。 (4)研究了適用于有源聲學(xué)結(jié)構(gòu)的兩種近場(chǎng)誤差傳感策略：基于振速的分布式誤差傳感和基于離散點(diǎn)近場(chǎng)聲壓的誤差傳感，對(duì)兩種傳感策略的原理及

4、實(shí)現(xiàn)分別進(jìn)行了深入分析。提出分頻段設(shè)計(jì)法解決了聲輻射模態(tài)傳感器設(shè)計(jì)中PVDF對(duì)形狀系數(shù)的最高階次和振動(dòng)模態(tài)的最高階次選取之間的矛盾，給出了PVDF對(duì)的中心線(xiàn)選取原則，在此基礎(chǔ)上對(duì)PVDF傳感器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。分別研究了基于結(jié)構(gòu)表面聲壓傳感和基于測(cè)量面聲壓傳感的有源控制，針對(duì)單頻和寬帶輻射噪聲構(gòu)建不同的有源控制目標(biāo)函數(shù)，給出了相應(yīng)的計(jì)算有源控制效果的公式，結(jié)合實(shí)例仿真結(jié)果進(jìn)行了分析說(shuō)明。對(duì)比了兩種傳感方式下的有源控制效果，從理論與工程實(shí)現(xiàn)

5、兩方面討論了兩種誤差傳感策略的優(yōu)劣及應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題。 (5)從不同的角度對(duì)有源聲學(xué)結(jié)構(gòu)的降噪機(jī)理進(jìn)行深入研究。首先從聲輻射模態(tài)的角度進(jìn)行分析，并得出了次級(jí)聲源個(gè)數(shù)與所能抵消的輻射模態(tài)之間的定量關(guān)系；然后根據(jù)初級(jí)結(jié)構(gòu)和次級(jí)結(jié)構(gòu)各自的“凈”輻射聲功率的變化，得出了初、次級(jí)結(jié)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)化機(jī)制，利用結(jié)構(gòu)表面聲強(qiáng)的變化對(duì)此進(jìn)行了驗(yàn)證；最后對(duì)控制前后后聲場(chǎng)中的聲強(qiáng)和聲壓分布變化進(jìn)行了計(jì)算分析，揭示了次級(jí)板的面積、布放位置及個(gè)數(shù)對(duì)降噪效