基于声辐射模态的筋板结构声学优化设计

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1、基于声辐射模态的筋板结构声学优化设计4．1声功率灵敏度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．414．2加筋板的声功率灵敏度分析和结构参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．434．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．48第五章总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．1总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．495．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯57在校期间发表的论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．58V江苏大学硕士论文第一章绪论随着现代工业化程度的快速提高，噪声污染【l。3】越来越引起人们重视，己成为现代社会的四大环境污染之一。长时问处于高噪声环境中，人的身心健康将受到严重威胁。一般性的噪声也会不同程度地影响人体，轻则降低听力水平和劳动效率等，重至引起众多疾病和安全生产等。此外，强烈噪声使得机器设备疲劳，缩短机器的寿命，严重时会产生机械故障而引起重大事故。然而噪声是无法避免

3、，生活中无处不在，因为只要机械运作都会不同程度地产生某些振动，并伴随产生辐射噪声。在众多的噪声问题中，薄壁结构作为工程中常见结构，其独特的结构成为了辐射噪声产生的重要源泉。以某车用发动机为例，进行了噪声源测试分析，分析结果如图1．1所示，由图可见发动机中的油底壳、正时齿轮盖室和气门室盖等薄壁件为发动机噪声的最主要的噪声源，占整个噪声的50％以上。图1．1某发动机各部件对整机声功率的贡献Fig．1．1Soundpowercontributionofengineparts噪声控制‘4。51迫在眉睫，是保证人们

4、正常工作和生活的一项重要任务。为此不少国家关于噪声要求已经制定了严格的标准，且对该标准的限制也是愈加严格。从噪声控制策略角度来讲，研究人员可以分别从噪声源、噪声的传播路线和1基于声辐射模态的筋板结构声学优化设计噪声接收者这三个角度进行控制【6J。进行隔声处理、安装吸声材料、添加阻尼减振设备、采用消声器装置等为传统噪声控制的主要技术。这些噪声控制原理主要基于对声波和声学材料认识，通过彼此之间的相互作用来降噪，属于被动噪声控制法，也可以称为“无源"噪声控制。经过大量研究发现，“无源”噪声控制主要适用于中低频范

5、围内，能够获得较优的噪声水平，而作用在低频内效果不佳。医学上研究发现，中低频噪声对人体的不良影响更为显著，因此有必要提出适用于中低频的新的控制策略，此背景下主动噪声控制【7．81(ANC)诞生了，对于主动噪声控制的研究还处于理论研究，因其对工程要求高，暂时难以得到广泛运用。噪声的来源很多，其中以结构振动噪声为主。随着社会的快速发展，生活质量的提高，人们对机械结构辐射噪声指标限值的要求越来越高，因此对结构声学设计的要求也越来越严格，声学灵敏度‘9‘111和结构声学优化设计旧㈣是发展一个有效的方法。在结构声学

6、设计，完备的声学理论和高效的计算方法是低噪声结构优化设计的前提和基础。在此理论基础之上，通过分析可根据要求对结构进行拓扑、形状和尺寸优化，来改善结构的声学性能，达到减振降噪的效果。采用软件对结构进行声学／灵敏度分析和结构／声学优化设计分析，可以尽可能地避免设计过程中的多次试验，这样可以大大降低设计成本，因此开展这样的研究对工程设计具有重要应用意义。筋板结构具有独特性质，其组合的复杂结构已在航空航天、汽车和家电等各个领域得到广泛使用。当结构受激振动并向外发生声辐射，一般情况结构振动会影响自身的使用寿命，同时

7、振动引起的辐射能量会传递到周围的仪器和仪表，降低了这些仪器和仪表使用灵敏度。因此如何抑制和改善结构的振动从而降低辐射噪声的研究一直受到了人们的广泛重视，进行筋板结构的声学性能优化研究有利于实现工程机械结构的减振降噪。随着对结构声辐射研究的不断深入，关于声辐射算子提出声辐射模态【141，通过其可对结构的声学性能问题进行分析。国内外已对声辐射模态开展了很多研究，声辐射模态为对辐射声功率贡献彼此独立的基函数，只有结构外表面的几何形状和受激频率影响着这组基函数【l51，所以有声辐射模态的一大特色是不随振动结构的物

8、理属性而改变，这就使得进行加筋位置优化和筋结构参数优化时声功率求解和声功率灵敏度的计算量大大降低。基于其如此多便于分析问题的特性，江苏大学硕士论文本文进一步分析声辐射模态，以此为基础研究筋板结构的声学性能特性并进行筋板结构优化设计。1．2国内外研究现状1．2．1声辐射模态理论的研究发展关于结构的设计，主要经历了静态设计、动态设计和模拟设计等几个阶段。当进行结构设计时，理论上振动模态已成熟，工程中实验模态技术也已广泛使用，这些为