《圆柱壳结构声振耦合分析及声学结构灵敏度计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《圆柱壳结构声振耦合分析及声学结构灵敏度计算（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、东北大学博士学位论文圆柱壳结构声振耦合分析及声学-结构灵敏度计算姓名：艾延廷申请学位级别：博士专业：机械电子工程指导教师：闻邦椿20060701东北大学博士学位论文摘要圆柱壳结构声振耦合分析及声学一结构灵敏度计算摘要声场及其与结构耦合系统的数值分析在航空、航天、汽车等工业领域广泛应用。在民用飞机、汽车以及火车等交通设备的设计初期进行声振品质的优化设计与分析，是提高旅客乘坐舒适性、降低噪声污染的最有效途径。传统理论方法对复杂结构的内声场声 压级进行预测非常困难，而有限元方法可以对几何形状和边界条件复杂的振动、声学问题及其耦合问题进行数值计算和分析。有限元法为产品在设计阶段进行结构声优化、声 场一
2、结构耦合系统特性分析提供了有利的手段。圆柱壳在航空宇航、航海等很多领域广泛采应用。随着人民日常生活水平的提高，对乘坐飞机的舒适性提出了越来越高的要求。在军事邻域，降低潜水艇的辐射噪声，对于提高其隐身性和战斗能力具有重要作用，因此本课题具有实际意义。 本文以声场一结构耦合系统结构声辐射的解析理论为基础，从声学空间波动方程和薄板理论出发，讨论声场一结构的各类边界条件，得到声场一结构耦合系统方程。推导 了运用有限元+ 有限元法进行结构声辐射计算的有限元控制方程及声学一结构设计灵敏度的迭代方程；用A N S Y S 有限元软件及其二次开发技术针对圆柱壳结构进行了结构声辐射计算和声学一结构设计灵敏度分析
3、。本文的研究内容如下：( 1 ) 建立了圆柱壳结构振动及声学模型，并应用A N S Y S 有限元软件计算了圆柱壳结构的振动模态和声学模态；( 2 ) 应用圆柱壳结构对飞机座舱进行模拟，分析了简谐激励作用下座椅位置、吸声材料性质以及环向加肋的数量、位置和肋的截面形状等对座舱内声压级分布的影响：( 3 ) 以厚度为变量，分别对有座椅和无座椅模型的结构声灵敏度进行了计算，深入分析和比较了厚度变量对有无座椅模型的影响，研究了以座舱形状参数为 变量的结构声灵敏度计算结果；( 4 ) 讨论了座椅、吸声材料对座舱内结构声辐射的影响：分别以舱壁壳体厚度和舱室声空间尺寸为结构设计变量，进行了声学一结构设计灵敏
4、度分析：( 5 ) 对实际圆柱壳结构的振动模态、声学模态、声辐射以及结构声耦合等进行了 实验研究，取得了满意的结果，验证了理论计算的正确性。分析结果表明：吸声材料、座椅位置及数量、舱室形状参数、加肋的数量和位置等对座舱模型内的声学响应及灵敏度有较大的影响。本论文的结论可以为声场一结构耦合系统中的圆柱壳体空腔结构声辐射、声学一结构设计灵敏度分析及声学优化设计提供理论依据和算法基础。关键字：圆柱壳；结构声；声学一结构设计灵敏度：振动；有限元；数值仿真- 东北大学博士学位论文A b s l r a c tA n a l y s i so fC y l i n d r i c a lS h e l l
5、S t r u c t u r eS o u n dC o u p l i n ga n dC a l c u l a t i o no fA c o u s t i c - s t r u c t u r eS e n s i t i v i t yA b s t r a c tN u m e r i c a la n a l y s i so f s o u n df i e l da n dc o u p l e da c o u s t i c - s t r u c t u r es y s t e ma r cw i d e l yu s e di nm a n yi n d u
6、s t r yf i e l d s ，n l em o s te f f e c t i v em e t h o dt oi m p r o v et h es i r i n gc o m f o r ta b i l i t ya n dd e c r e a s en o i s ep o l l u t i o ni st om a k eo p t i m u md e s i g na n da n a l y s i so fs o u n dv i b r a t i o nq u a l i t ya tt h eb e g i n n i n go f d e s i
7、g no f a i r p l a n e ，c a ra n dl r a i ne t c T r a d i t i o n a lm e t h o di sd i f f i c u l tt op r e d i c tt h ei n s i d es o u n df i e l dp r e s s u r eo fc o m p l e xs t r u c t u r e ，w h i l ef i n i t ee l e m e n tm e t h o dc a l lm a k en u m e r i c a lc a l c u l a t i o na n
8、 da n a l y s i so nc o m p l i c a t e dv i b r a t i o n , a c o u s t i cp r o b l e m sa n dc o u p l i n gs y s t e m s F i n i t ee l e m e n tm e t h o dp r o v i d e su sau s e f u lw a yt om a k ep e r f o r m a n c ea n a l y s i so fs t r u c t u r a ls o u n da n dc o u p l e da c o u s
9、t i c - s t r a c t u r es y s t e m C y l i n d r i c a ls h e l li so t ：x t e l lu s e di nm a n yf i e l d ss u c h 越a v i a t i o n , a e r o s p a c ea n dn a v i g a t i o n se t c P p l eh a v em u c hr e q u i r e m e n t so ns i r i n gc o m f o r ta b i l i t yw i t l lt h el i v i n gl e
10、 v e li m p r o v e d T or e d u c et h er a d i a t i o no ft h es u b m a r i n ei si m p o r t a n tt oi m p r o v ei t sp e r f o r m a n c eo f h i d i n ga n df i g h t i n g H e n c e ，t h i ss u b j e c th a sp r a c t i c a lv a l u e B a s e do nt h ef i n i t ee l e m e n t + f i n i t ee
11、 l e m e n tm e t h o d s( F E M ) t h es t r u c t u r a ls o u n dr a d i a t i o na n dt h ea c o u s t i c s t r u c t u r a ld e s i g ns e n s i t i v i t yo fc a v u n ls y s t e ma r ea n a l y z e d T h ec o n t r o le q u a t i o no fs t r u c t u r a ls o u n dr a d i a t i o nb yu s i n
12、gF E Ma n dt h ei t e r a t i v ee q u a t i o no ft h ea c o u s t i c a m c n 埘ld e s i g ns e n s i t i v i t ya r cd e r i v e d B yu s i n gA N S Y Sf i n i t es o f t w a r ea n dt h es e c o n dd e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yo fi t ，c a l c u l a t i o no fs t r u c t u r a ls o u n
13、dr a d i a t i o no fc y l i n d r i c a ls h e l li sm a d ea n dt h ea c o u s t i c s t r u c t u r a ld e s i g ns e n s i t i v i t yo f c y l i n d r i c a ls h e l li sa n a l y z e d 1 1 “ r e s e a r c hc o n t e n t sa l ea sf o l l o w s ：( 1 ) T h es t r u c t u r a lv i b r a t i o nm o
14、 d e Ia n da c o u s t i cm o d e lo fc y l i n d r i c a ls h e l lW e T ee s t a b l i s h e da n dt h ev i b r a t i o nm o d a la n da c o u s t i cm o d a lo f t h ec y l i n d r i c a ls h e l ls l r 眦t u r ew e r ec a l c u l a t e db yu s i n gA N S Y Sf i n i t ee l e m e n ts o l w a r e (
15、 2 ) 1 1 1 ep a s s e n g e r s c a b i nw a ss i m u l a t e d ，a n dt h ei n f l u e n c eo f s c a t s ，s o u n da b s o r p t i o nm a t e r i a l sa n ds l a t so nt h es t r u c t u r a ls o u n dp r e s s u r ei nt h ec a b i nm o t i v a t e db ys i n ee x c i t a t i o nw a sd i s c u s s e
16、 d ( 3 ) U s i n gt h en l i c k n e s so fc a b i nw a l la sv a r i a b l e ，t h ea c o u s t i c - s t r u c t u r a ld e s i g ns e n s i t i v i t yo fs e a t sm o d e Ia n dn o n - s e a t sm o d e lw e r ec a l c u l a t e da n df u r t h e fa n a l y s i z e d 1 1 1 cc a l c u l a t i v e r e s u l t so fa c o u s t i c s t r u c t u r a ld e s i g ns e n s i t i v i t yu s i n gc a b i ns h a p ep a r m n e t c ra sv a r i a b l ew e r er e s e a r c h e d
