聲場(chǎng)與結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)的模態(tài)分析與靈敏度計(jì)算.pdf

1、隨著對(duì)車、船、飛機(jī)乘坐舒適性要求的不斷提高,其乘坐室(艙)內(nèi)的噪聲問題越來(lái)越引起人們的高度重視.乘坐室(艙)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的聲學(xué)系統(tǒng),不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且形狀不規(guī)則,加之結(jié)構(gòu)壁面都不同程度地貼有吸聲材料而產(chǎn)生對(duì)聲波的吸收,使得用傳統(tǒng)理論方法對(duì)室(艙)內(nèi)噪聲聲壓級(jí)進(jìn)行預(yù)估非常困難.有限元等數(shù)值方法是分析幾何形狀和邊界條件復(fù)雜的振動(dòng)問題和聲學(xué)問題的得力工具之一,將其用于聲固耦合分析,可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段乘坐室(艙)內(nèi)噪聲響應(yīng)進(jìn)行理論分析與預(yù)測(cè).而乘坐

2、室(艙)為典型的彈性薄壁腔體結(jié)構(gòu),其內(nèi)部噪聲與壁結(jié)構(gòu)振動(dòng)之間存在著強(qiáng)烈的耦合關(guān)系.因而,對(duì)乘坐室(艙)聲振耦合特性的分析研究即成為噪聲控制與低噪聲設(shè)計(jì)的前提和關(guān)鍵.聲振耦合系統(tǒng)的靈敏度分析可以方便、快速地對(duì)乘坐室(艙)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)修改而達(dá)到降低噪聲的目的.而在結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁面敷貼吸聲材料是車輛等普遍采用的噪聲控制方法之一,因此分析吸聲材料對(duì)室內(nèi)噪聲響應(yīng)的靈敏度更具有實(shí)用價(jià)值.該文的工作是結(jié)合大型結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化軟件JIFEX的方法和功能,發(fā)展

3、聲場(chǎng)-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法.該文的研究涉及到空腔聲學(xué)分析理論、聲振耦合有限元模型的模態(tài)頻率響應(yīng)分析方法以及優(yōu)化設(shè)計(jì)中的靈敏度分析、阻尼減振等.主要工作如下:1.空腔聲學(xué)的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì).用有限元法求解波動(dòng)方程.利用8節(jié)點(diǎn)塊體單元,在剛性壁條件下,對(duì)聲場(chǎng)的基本方程進(jìn)行數(shù)值求解,在JIFEX系統(tǒng)中發(fā)展了這種新的有限元模型,計(jì)算了封閉空腔的聲學(xué)模態(tài)(固有頻率和振型).該文采用基于局部差分的半解析算法,進(jìn)行特征值的靈敏度

4、分析,并將計(jì)算結(jié)果提供給結(jié)構(gòu)力學(xué)分析模塊,實(shí)現(xiàn)了空腔聲學(xué)的有限元分析和靈敏度計(jì)算.最后,建立了優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,進(jìn)行聲場(chǎng)動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì).2.聲振耦合系統(tǒng)的有限元分析方法.由聲空間波動(dòng)方程和薄板理論出發(fā),對(duì)聲場(chǎng)-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)的模態(tài)分析提出了有限元數(shù)值方法,采用共扼子空間迭代法對(duì)非對(duì)稱特征方程進(jìn)行處理,采用靜凝聚法消除質(zhì)量矩陣的奇異性.然后,將結(jié)構(gòu)力學(xué)分析模塊與共扼子空間迭代法模塊相結(jié)合,求解經(jīng)過(guò)降階后的模態(tài)方程,并為靈敏度分析提供了必要的基礎(chǔ).