基于FE-RPIM与FE-LSPIM的声固耦合分析

发布时间：2017-09-16 14:22

  本文关键词：基于FE-RPIM与FE-LSPIM的声固耦合分析

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【摘要】：封闭声腔内的噪声控制问题具有工程背景和研究意义。由于结构振动与声场之间的耦合作用,使得噪声的控制尤为复杂,要想对噪声进行控制就需要对其降噪方法进行研究。随着数值计算方法的发展与计算机技术的提高,使得厂家在产品设计阶段就可以利用数值计算方法对所研制的产品的声学特性进行预测,并提出改进降噪措施,这对降低产品的成本,缩短产品的开发周期,增强产品的竞争力具有重要意义。数值计算方法已经成为噪声控制和预测的关键技术。论文的主要研究工作和创新成果有:(1)有限元法(Finite Element Method,FEM)模型“过硬”,导致在应用FEM分析结构声场耦合系统时,计算结果容易受到分析频率范围和单元尺寸的影响。根据有限元法与无网格法的优点,把有限单元法和无网格法中的最小二乘点插值法(The Least-Square Point Interpolation Method,LSPIM)以及径向点插值法(Radial Point Interpolation Method,RPIM)相结合,形成有限元最小二乘点插值法(FE-LSPIM)与有限元径向点插值法(FE-RPIM)。这两种方法形成的形函数由有限元形函数和无网格法插值形函数相结合构成,具有克罗内克尔性质、单元兼容性以及多项式的高阶完备性,计算复杂度不高,能获得比有限元更高的计算精度。(2)为了提高结构声场耦合系统的计算精度,将有限元径向点插值法与有限元最小二乘点插值法推广到结构声场耦合问题的分析中,提出了结构声场耦合问题求解的FE-RPIM/FE-LSPIM,推导了FE-RPIM/FE-LSPIM分析板结构声场耦合系统的计算公式。以一六面体结构声场耦合模型为研究对象进行分析,结果表明,与结构声场耦合问题分析的有限元法/有限元法(Finite Element Method/Finite Element Method,FEM/FEM)和光滑有限元法/有限元法(Smoothed Finite Element Method/Finite Element Method,SFEM/FEM)相比,FE-RPIM/FE-LSPIM在分析板结构-声场耦合问题中具有更高的精度。(3)为了提高结构声场耦合系统的计算精度,根据FE-RPIM/FE-LSPIM的思想,提出了结构声场耦合问题求解的FE-RPIM/FE-RPIM,推导了FE-RPIM/FE-RPIM分析板结构声场耦合系统的计算公式。以一六面体结构声场耦合模型为研究对象进行分析,结果表明,与结构声场耦合问题分析的FEM/FEM和SFEM/FEM相比,FE-RPIM/FE-RPIM在分析板结构-声场耦合问题中具有更高的精度。同时分析了在结构声场耦合系统中,FE-RPIM/FE-RPIM的计算精度效率比FE-RPIM/FE-LSPIM稍微高些。本文在板结构声场数值计算方法方面做了一定的研究,重点分析了FE-RPIM/FE-RPIM、FE-RPIM/FE-LSPIM在声固耦合系统问题中关于计算精度的提高,从模态频率分析和声压响应结果得出,该方法能更好地适用在耦合系统研究中,对下一步工程应用提供了很好的理论依据。
【关键词】：有限元法 无网格法 有限元径向点插值法 有限元最小二乘点插值法 板结构声场耦合
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB53
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景与意义13-15
• 1.2 板结构-声场耦合国内外研究现状15-17
• 1.3 本文研究方法和研究内容17-21
• 1.3.1 问题的提出17-18
• 1.3.2 本文研究思路18-19
• 1.3.3 内容安排19-21
• 第2章 结构声场数值计算理论21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 数值计算方法研究综述21-24
• 2.2.1 有限差分法21
• 2.2.2 有限元法21-22
• 2.2.3 边界元法22-23
• 2.2.4 无网格法23-24
• 2.3 结构振动的有限元理论24-28
• 2.4 声学Helmholtz波动方程28-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第3章 板结构声场FE-RPIM/FE-LSPIM分析32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 基于FE-RPIM板结构动力学分析32-37
• 3.2.1 板结构FE-RPIM插值形函数的构造32-36
• 3.2.2 板结构系统离散方程的建立36-37
• 3.3 基于FE-LSPIM的声场模型分析37-39
• 3.3.1 声场FE-LSPIM形函数的构造37-39
• 3.3.2 声场系统方程离散39
• 3.4 结构-声场耦合模型的分析39-41
• 3.5 数值算例与结果讨论41-46
• 3.5.1 结构声腔固有频率41-43
• 3.5.2 耦合声场声压频率响应分析43-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 基于有限元径向插值法的声固耦合分析47-59
• 4.1 引言47
• 4.2 基于FE-RPIM的声场模型分析47-49
• 4.2.1 声场FE-RPIM形函数构造47-48
• 4.2.2 声场系统方程离散48-49
• 4.3 结构-声场耦合模型的分析49-50
• 4.4 数值算例与结果讨论50-58
• 4.4.1 结构声腔固有频率50-52
• 4.4.2 耦合声场声压频率响应分析52-55
• 4.4.3 计算效率及收敛性分析55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 结论与展望59-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-68
• 附录A 攻读学位期间发表和录用的论文目68-69
• 附录B 攻读学位期间所获得和已申报的专利目录69-70
• 附录C 攻读学位期间参加的研究课题70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 陈宁;于德介;吕辉;夏百战;;板结构-声场耦合分析的FE-LSPIM/FE-LSPIM法[J];振动与冲击;2014年15期

2 陈宁;于德介;夏百战;;板结构-声场耦合分析的FE-LSPIM/FE法[J];振动工程学报;2014年02期

3 王素霞;;发达国家环境保护现状的启示[J];科技情报开发与经济;2008年22期

4 顾元通,丁桦;无网格法及其最新进展[J];力学进展;2005年03期

5 曹国金,姜弘道;无单元法研究和应用现状及动态[J];力学进展;2002年04期

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本文编号：863572