聲學(xué)耦合空間建模方法及其特性研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)與聲腔之間的耦合，聲腔與外界聲場(chǎng)之間的耦合及聲腔與聲腔之間的耦合作為聲學(xué)耦合空間系統(tǒng)三大耦合類型，一直是船舶艙室噪聲控制和設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究的重要課題。復(fù)雜的耦合邊界對(duì)聲學(xué)耦合空間系統(tǒng)聲振特性有著嚴(yán)重的影響，對(duì)聲學(xué)耦合空間系統(tǒng)開(kāi)展理論方法建模，耦合機(jī)理，聲振特性方面的研究具有重要意義和理論價(jià)值。本文對(duì)聲學(xué)耦合空間系統(tǒng)的理論方法建模和聲振特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。現(xiàn)將本文的研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)述如下：
　　建立了彈性板-封閉聲腔耦合系統(tǒng)理論模型，采

2、用能量原理分別對(duì)雙層彈性板-封閉聲腔耦合系統(tǒng)和雙層板加筋結(jié)構(gòu)-封閉聲腔耦合系統(tǒng)進(jìn)行描述，利用Rayleigh-Ritz方法求解未知的傅立葉系數(shù)。驗(yàn)證了彈性板-封閉聲腔耦合系統(tǒng)模態(tài)和聲振響應(yīng)的正確性。對(duì)雙層彈性板-封閉聲腔耦合系統(tǒng)進(jìn)行了參數(shù)化研究，研究表明封閉聲腔深度、彈性板邊界條件、聲腔內(nèi)邊界阻抗及聲腔內(nèi)聲介質(zhì)等條件對(duì)雙層彈性板-封閉聲腔耦合系統(tǒng)聲振特性具有重要影響。
　　提出了三維開(kāi)口聲腔建模方法，建立了開(kāi)口聲腔結(jié)構(gòu)的聲壓分布模

3、型。采用能量原理對(duì)開(kāi)口聲腔進(jìn)行描述，本文從聲腔開(kāi)口處聲壓和振速對(duì)外界聲場(chǎng)所做的功，以及開(kāi)口邊界處輻射聲壓對(duì)聲腔內(nèi)部所做的功，兩種做功的方式真實(shí)描述了開(kāi)口聲腔內(nèi)部與外部聲場(chǎng)的耦合方式。在處理輻射聲壓對(duì)內(nèi)部聲場(chǎng)做功過(guò)程中，本文采用了Gauss-Legendre數(shù)值積分方法處理做功表達(dá)式中的四重積分，提高了聲壓求解速度。利用Rayleigh-Ritz方法求解聲激勵(lì)響應(yīng)下未知的傅立葉系數(shù)。對(duì)三維矩形開(kāi)口聲腔聲壓響應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值仿真，驗(yàn)證

4、了本文方法預(yù)測(cè)三維矩形開(kāi)口聲腔系統(tǒng)聲壓響應(yīng)的準(zhǔn)確性。對(duì)三維矩形開(kāi)口聲腔系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值研究，研究表明，聲腔壁面阻抗和開(kāi)口面積對(duì)三維矩形開(kāi)口聲腔聲壓分布具有重要影響。
　　建立了彈性板-三維開(kāi)口聲腔耦合系統(tǒng)聲振模型，建模過(guò)程中考慮內(nèi)部聲腔與彈性結(jié)構(gòu)耦合，聲腔與外界聲場(chǎng)耦合，外界聲場(chǎng)與彈性板耦合三種耦合方式及彈性板通過(guò)開(kāi)口界面處輻射聲壓對(duì)內(nèi)部聲腔產(chǎn)生反作用。開(kāi)口界面處輻射聲壓由聲腔開(kāi)口處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)所引起的輻射聲壓和彈性板結(jié)構(gòu)振動(dòng)所引起的輻

5、射聲壓兩方面所組成。采用能量原理對(duì)彈性板和三維局部開(kāi)口聲腔進(jìn)行描述。利用Rayleigh-Ritz方法求解聲激勵(lì)響應(yīng)下未知的傅立葉系數(shù)。對(duì)彈性板-開(kāi)口腔耦合系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值仿真，驗(yàn)證了本文方法預(yù)測(cè)彈性板-開(kāi)口腔耦合系統(tǒng)聲振響應(yīng)的準(zhǔn)確性。對(duì)彈性板-開(kāi)口腔耦合系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值研究，結(jié)果表明，邊界條件，開(kāi)口尺寸及聲腔體積對(duì)彈性板-開(kāi)口腔耦合系統(tǒng)能量及聲振特性具有重要影響。
　　提出了耦合空間建模方法，建立了耦合空間聲學(xué)分析模型。利用能量原理

6、對(duì)耦合空間各個(gè)子空間進(jìn)行描述，在建立子空間拉格朗日函數(shù)過(guò)程中，耦合空間之間的能量交流采用耦合開(kāi)口處聲壓差與速度乘積在開(kāi)口面上積分的形式來(lái)表達(dá)。利用Rayleigh-Ritz方法求解未知的傅立葉系數(shù)，最終求得耦合空間模態(tài)分布情況。對(duì)耦合空間聲壓響應(yīng)和聲壓模態(tài)分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值仿真，驗(yàn)證了本文方法預(yù)測(cè)耦合空間模態(tài)及聲壓響應(yīng)的準(zhǔn)確性。從耦合類型及耦合開(kāi)口尺寸研究和分析了耦合空間模態(tài)分布特性。
　　建立了聲源激勵(lì)下耦合房間能量及聲強(qiáng)