聲場與結構耦合系統(tǒng)的模態(tài)分析與靈敏度計算.pdf

1、隨著對車、船、飛機乘坐舒適性要求的不斷提高,其乘坐室(艙)內(nèi)的噪聲問題越來越引起人們的高度重視.乘坐室(艙)是一個相當復雜的聲學系統(tǒng),不僅結構復雜而且形狀不規(guī)則,加之結構壁面都不同程度地貼有吸聲材料而產(chǎn)生對聲波的吸收,使得用傳統(tǒng)理論方法對室(艙)內(nèi)噪聲聲壓級進行預估非常困難.有限元等數(shù)值方法是分析幾何形狀和邊界條件復雜的振動問題和聲學問題的得力工具之一,將其用于聲固耦合分析,可實現(xiàn)設計階段乘坐室(艙)內(nèi)噪聲響應進行理論分析與預測.而乘坐

2、室(艙)為典型的彈性薄壁腔體結構,其內(nèi)部噪聲與壁結構振動之間存在著強烈的耦合關系.因而,對乘坐室(艙)聲振耦合特性的分析研究即成為噪聲控制與低噪聲設計的前提和關鍵.聲振耦合系統(tǒng)的靈敏度分析可以方便、快速地對乘坐室(艙)結構進行動態(tài)修改而達到降低噪聲的目的.而在結構的內(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室內(nèi)噪聲響應的靈敏度更具有實用價值.該文的工作是結合大型結構分析和優(yōu)化軟件JIFEX的方法和功能,發(fā)展

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

4、分析,并將計算結果提供給結構力學分析模塊,實現(xiàn)了空腔聲學的有限元分析和靈敏度計算.最后,建立了優(yōu)化設計模型,進行聲場動力優(yōu)化設計.2.聲振耦合系統(tǒng)的有限元分析方法.由聲空間波動方程和薄板理論出發(fā),對聲場-結構耦合系統(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非對稱特征方程進行處理,采用靜凝聚法消除質(zhì)量矩陣的奇異性.然后,將結構力學分析模塊與共扼子空間迭代法模塊相結合,求解經(jīng)過降階后的模態(tài)方程,并為靈敏度分析提供了必要的基礎.