基于模態(tài)分析方法的有源聲學結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、有源聲學結(jié)構(gòu)是近年來提出的一種控制結(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)域中的具體應用。本論文采用模態(tài)分析方法，將傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)振動模態(tài)理論和新興的聲輻射模態(tài)理論結(jié)合起來，對有源聲學結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問題進行深入的理論和實驗研究。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，對有源聲學結(jié)構(gòu)組成及特點做了分析說明，在總結(jié)國內(nèi)外研究成果的基礎上，闡述了有源聲學結(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)鍵問題。 (2)分別采用振動模態(tài)和聲輻射模態(tài)方法對結(jié)構(gòu)聲輻射進行分析，給出了結(jié)構(gòu)表面法向速度、聲場聲壓分布以及聲功率近場計算的求解方法；將振動模態(tài)和聲輻射模態(tài)聯(lián)合起來對結(jié)構(gòu)聲輻射進行分析，解決了兩個問題：1)確定了結(jié)構(gòu)在不同的激勵頻率(或振動模態(tài))下的主導聲輻射模態(tài)；2)確定了結(jié)構(gòu)各個振動模態(tài)間的耦合對輻射聲功率的影響。 (3)建立了聲-振耦合下的有源聲學結(jié)構(gòu)理論模型，基于“角落單極子”模型對有源聲學結(jié)構(gòu)的降噪機理進行

3、了解釋并給出了次級聲源的布放準則；基于聲輻射模態(tài)理論，結(jié)合振動模態(tài)對次級聲源的布放規(guī)律進行了定量研究，得出了次級源在各種情況下的最優(yōu)布放位置以及次級聲源的面積、模態(tài)分布等因素對控制效果的具體影響。通過增加次級聲源個數(shù)拓寬對大面積平板聲輻射的降噪頻帶，并從振動模態(tài)角度對次級聲源的布放方案進行了研究。 (4)研究了適用于有源聲學結(jié)構(gòu)的兩種近場誤差傳感策略：基于振速的分布式誤差傳感和基于離散點近場聲壓的誤差傳感，對兩種傳感策略的原理及

4、實現(xiàn)分別進行了深入分析。提出分頻段設計法解決了聲輻射模態(tài)傳感器設計中PVDF對形狀系數(shù)的最高階次和振動模態(tài)的最高階次選取之間的矛盾，給出了PVDF對的中心線選取原則，在此基礎上對PVDF傳感器進行了優(yōu)化設計。分別研究了基于結(jié)構(gòu)表面聲壓傳感和基于測量面聲壓傳感的有源控制，針對單頻和寬帶輻射噪聲構(gòu)建不同的有源控制目標函數(shù)，給出了相應的計算有源控制效果的公式，結(jié)合實例仿真結(jié)果進行了分析說明。對比了兩種傳感方式下的有源控制效果，從理論與工程實現(xiàn)

5、兩方面討論了兩種誤差傳感策略的優(yōu)劣及應用中需要注意的問題。 (5)從不同的角度對有源聲學結(jié)構(gòu)的降噪機理進行深入研究。首先從聲輻射模態(tài)的角度進行分析，并得出了次級聲源個數(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)初級結(jié)構(gòu)和次級結(jié)構(gòu)各自的“凈”輻射聲功率的變化，得出了初、次級結(jié)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)化機制，利用結(jié)構(gòu)表面聲強的變化對此進行了驗證；最后對控制前后后聲場中的聲強和聲壓分布變化進行了計算分析，揭示了次級板的面積、布放位置及個數(shù)對降噪效