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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

陶建成  
【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。


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