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结构声辐射预测中的振动和近场声传感器布放研究

作　者: 陶建成
导　师: 邱小军
学　校: 南京大学
专　业: 声学
关键词: 辐射声功率振动速度声辐射问题速度传感器实肋板振动模态简支矩形板速度分布预测精度结构表面
分类号: O422.2
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

在通过结构表面的振动信息和结构附近的声场信息进行振动结构的声辐射预测中,振动和声传感器的布放数目和位置是影响预测准确度的关键因素。本文针对三个传感器布放问题:辐射声压预测中的结构振动速度采样问题、辐射声功率预测中的结构振动速度采样问题、声功率预测中混合布放声振传感器的问题进行了研究,并在此基础上,给出了水下双层复杂壳体的振动声辐射预测方法。对于矩形板辐射声压预测中的振动速度采样问题,本文研究表明1/6声波波长的经验规律并不能适用于所有情况。当振动频率比较低的时候,采样间隔的选取仅仅由结构表面的振动速度分布决定;当振动频率比较高的时候,采样间隔的选取与振动频率对应的声波波长成线性关系,而具体的系数则由预测精度决定。对于任意边界速度为零的矩形板,划分频率范围的临界频率Fm应该满足km sinθ=const( k m = 2πFmc,θ为观察点的倾斜角,c为声波波速)的规律。对于矩形板辐射声功率预测中的振动速度采样问题,本文研究表明振动速度传感器数目由声功率展开时的模态阶数要求与模态幅度估计时的采样点数目要求共同决定。对于低阻尼的简支矩形板,当激励频率低于第一阶本征频率时,使用辐射模态展开法需要的振动速度传感器较少;而在本征频率处,使用振动模态展开法可以减少振动速度传感器的数目要求。此外基于边界元法,提出了计算任意结构辐射模态的数值方法,计算了有限长圆柱壳辐射模态的形状,并研究了其辐射模态的分组规律。对于矩形板声功率预测中混合布放声振传感器的问题,本文研究表明使用迭代调整法估算振动速度分布可以得到更准确的声功率预测结果。在声传感器不少于所需估算振动速度的节点数的前提下,如果使用传统的伪逆矩阵求解估算振动速度分布,增加振动速度传感器可以提高声功率的预测精度,而增加声传感器并不能保证声功率预测精度的提高;如果使用迭代调整法估算振动速度分布,增加声传感器的数目对声功率预测精度基本没有影响。对于水下双层复杂壳体的振动声辐射预测问题,本文采用级数展开法求解水下双层复杂壳体模型的振动声耦合问题,研究了水下辐射阻抗、环肋对单层圆柱壳体振动声辐射性能的影响,并且比较了壳间水层和不连续实肋板的耦合作用。数值模拟的结果表明,对于仅受径向力激励的复杂双层圆柱壳体模型,可以通过内壳的振动速度分布预测外壳的辐射声功率,且在低频时仅需考虑实肋板的径向耦合就可以得到准确的预测结果。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 振动声辐射预测简介  10
  1.2 弹性结构振声特性的相关研究  10-14
    1.2.1 矩形平板的声辐射预测  10-11
    1.2.2 圆柱壳体的声振特性  11-14
  1.3 声辐射预测方法的相关研究  14-18
    1.3.1 解析方法  14-15
    1.3.2 数值方法  15-17
    1.3.3 实验方法  17-18
  1.4 本文主要工作及全文安排  18-19
第二章矩形板辐射声压预测中的振动速度采样问题  19-32
  2.1 引言  19
  2.2 物理模型  19-21
  2.3 简支板的振动速度采样规律  21-27
    2.3.1 算例  21-24
    2.3.2 临界频率与方位角  24-25
    2.3.3 临界频率与倾斜角  25-26
    2.3.4 特殊情况：倾斜角接近零  26-27
  2.4 钳定板的振动速度采样规律  27-29
  2.5 实验  29-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章矩形板辐射声功率预测中的振动速度采样问题  32-46
  3.1 引言  32-33
  3.2 声功率预测中的两种模态展开法  33-35
    3.2.1 振动模态展开法  33-34
    3.2.2 辐射模态展开法  34-35
  3.3 两种模态展开法速度采样要求的比较  35-41
    3.3.1 声功率预测时的模态数目要求  35-37
    3.3.2 模态幅度估计时的采样点数目要求  37-41
  3.4 基于边界元法的辐射模态计算方法  41-44
    3.4.1 基本理论  41
    3.4.2 算例验证  41-42
    3.4.3 圆柱壳的辐射模态及其辐射效率  42-44
  3.5 本章小结  44-46
第四章矩形板声功率预测中混合布放声振传感器的讨论  46-55
  4.1 引言  46
  4.2 分析模型  46-48
  4.3 数值模拟  48-54
    4.3.1 仅布放单种类型传感器  49-50
    4.3.2 使用伪逆矩阵求解的声功率预测  50-52
    4.3.3 使用迭代调整法的声功率预测  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章水下双层复杂壳体的振动声辐射预测  55-79
  5.1 引言  55
  5.2 物理模型  55-56
  5.3 声振方程及解的形式  56-60
    5.3.1 圆柱壳体  56-58
    5.3.2 水介质中的声场  58-59
    5.3.3 环肋  59
    5.3.4 实肋板  59-60
  5.4 边界条件  60-66
    5.4.1 流体中的辐射阻抗  60-63
    5.4.2 壳体间的流场耦合  63-64
    5.4.3 壳体间的实肋板耦合  64-66
  5.5 数值模拟  66-74
    5.5.1 单层圆柱壳体的振动声辐射  66-68
    5.5.2 双层壳体的振动传递和声辐射  68-74
  5.6 本章小结  74-75
  5.7 附录  75-79
第六章总结及展望  79-82
  6.1 全文总结  79-81
  6.2 今后工作  81-82
参考文献  82-91
致谢  91-92
作者在博士研读期间发表论文及主要成果  92

结构声辐射预测中的振动和近场声传感器布放研究

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