基于聲學(xué)空間-彈性板耦合模型的聲輻射與聲傳遞特性研究.pdf

1、2014年7月1日國(guó)際海事組織（IMO）對(duì)船舶艙室噪聲頒布了更為嚴(yán)格的新標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)中的艙室噪聲比舊標(biāo)準(zhǔn)降低了5 dB，這一要求給艙室降噪工程帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。快速精確的預(yù)測(cè)由板振動(dòng)引起的聲腔噪聲及輻射聲是艙室降噪工程中的重要環(huán)節(jié)，本文從解析角度對(duì)聲學(xué)空間-彈性結(jié)構(gòu)耦合模型的聲傳遞特性進(jìn)行了分析，旨在為工程聲學(xué)特性的快速精確預(yù)報(bào)提供新的理論方法。本文開(kāi)展了如下工作：
　　為計(jì)算板的板輻射聲特性，建立了矩形板聲輻射模型，求解了彈性安裝

2、板在簡(jiǎn)諧點(diǎn)力作用下的聲輻射特性。在計(jì)算輻射聲功率時(shí)，通過(guò)傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，將四重積分轉(zhuǎn)化為四個(gè)一重積分，極大的簡(jiǎn)化了求解過(guò)程。深入研究了彈性安裝邊界對(duì)于輻射聲功率的影響，發(fā)現(xiàn)邊界處的直線彈簧的作用明顯大于扭轉(zhuǎn)彈簧的作用。通過(guò)考慮外界聲場(chǎng)對(duì)板的反作用，建立了外聲場(chǎng)同板振動(dòng)的強(qiáng)耦合關(guān)系，并對(duì)不同流體介質(zhì)中的強(qiáng)弱耦合特性進(jìn)行了分析比較。為降低板的輻射聲功率，本文建立了板表面貼有隔振層時(shí)的輻射模型，其中隔振層采用局部彈簧模型，利用其擠壓剛度較小的

3、特性來(lái)隔絕結(jié)構(gòu)和流體間的直接相互作用，驗(yàn)證了隔振層對(duì)于輻射聲功率削減的重要作用，并研究了隔振材料的參數(shù)對(duì)隔聲性能的影響。
　　基于矩形板聲輻射的研究，建立了聲腔-彈性板-聲輻射耦合模型；分析了該模型下板的隔聲特性，研究了不同聲腔體積對(duì)板的隔聲特性影響。通過(guò)改變板的安裝位置分析了其對(duì)耦合系統(tǒng)的影響，發(fā)現(xiàn)板的位置對(duì)各階耦合固有頻率的影響有明顯的規(guī)律性。研究了影響板隔聲特性的因素，發(fā)現(xiàn)板的安裝條件對(duì)于隔聲性能有較大的影響；聲腔的模態(tài)在低

4、頻時(shí)對(duì)板的隔聲特性影響顯著。研究了聲腔內(nèi)的聲源數(shù)量和位置對(duì)于隔聲特性的影響，分析了板同外聲場(chǎng)間的強(qiáng)弱耦合特性。
　　建立了聲腔-彈性板-聲腔耦合模型，分析了耦合系統(tǒng)中的參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)的影響，發(fā)現(xiàn)板的位置對(duì)于耦合模型的固有頻率影響較小，且在受迫響應(yīng)中板位置對(duì)聲源腔的聲壓影響極小，但對(duì)接收聲腔內(nèi)的聲壓影響較為明顯。板的邊界條件同樣對(duì)于聲源腔的聲壓影響可以忽略，但對(duì)接收聲腔則具有較明顯的影響，且扭轉(zhuǎn)剛度和直線剛度均含有一個(gè)對(duì)聲壓影響比較

5、敏感的取值范圍。通過(guò)求解板在接收聲腔側(cè)包絡(luò)面上的聲強(qiáng)，計(jì)算了板的輻射聲功率，研究了板的隔聲特性問(wèn)題。接收聲腔的阻抗壁面數(shù)值對(duì)隔聲特性有影響，且不同的測(cè)量或計(jì)算環(huán)境會(huì)得到不同的結(jié)果。另外還分析了在采用聲腔-彈性板-聲輻射模型和聲腔-彈性板-聲腔模型所得到的板隔聲性能的差異，發(fā)現(xiàn)模型不同隔聲性能不同。
　　引入“虛擬板”概念建立了任意開(kāi)孔情況下矩形板的振動(dòng)模型，通過(guò)同有限元結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證了本文所采用的“虛擬板”模型的準(zhǔn)確性，分析了

6、板上含有多開(kāi)孔時(shí)的振動(dòng)模態(tài)。結(jié)合“虛擬板”模型和聲腔-彈性板-聲腔耦合模型，建立了聲腔-開(kāi)孔板-聲腔的耦合模型，研究了聲腔-通孔-聲腔模型的聲傳遞特性。通過(guò)比較“虛擬板”兩側(cè)的聲壓值發(fā)現(xiàn)，“虛擬板”的引入能保證聲壓在“虛擬板”兩側(cè)具有連續(xù)性，進(jìn)一步驗(yàn)證了該模型的正確性。研究了該模型下不同通孔的位置和大小、板厚度、邊界等耦合參數(shù)對(duì)耦合系統(tǒng)的固有頻率和聲壓響應(yīng)特性的影響。
　　通過(guò)三維坐標(biāo)變換，完成了任意六面體聲腔模型的解析建模。研究

7、了聲腔形狀變化時(shí)其聲腔固有頻率的變化；分析了非規(guī)則聲腔同板的耦合情況，通過(guò)固有頻率和強(qiáng)迫響應(yīng)驗(yàn)證了該耦合模型的正確性。探尋了耦合系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)于耦合特性的影響，研究了聲腔在不同形狀時(shí)，板的入射聲功率、輻射聲功率、隔聲性能、自身振動(dòng)的變化規(guī)律，并探討了變化曲線中峰值和波谷存在的原因。
　　針對(duì)本文所研究的內(nèi)容，建立了數(shù)個(gè)聲腔耦合實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。所采用的面聲源模型可?yīng)用于相應(yīng)的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)，且具有較高的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)中分別驗(yàn)證了聲腔-彈性板-聲腔的