基于模态分析方法的有源声学结构研究

发布时间：2020-04-16 09:37

【摘要】： 有源声学结构是近年来提出的一种控制结构低频声辐射的有效方案，它是智能结构在噪声控制领域中的具体应用。本论文采用模态分析方法，将传统的结构振动模态理论和新兴的声辐射模态理论结合起来，对有源声学结构的关键问题进行深入的理论和实验研究。论文完成如下工作： (1)系统地总结了结构声辐射有源控制的各种方法及特点，对有源声学结构组成及特点做了分析说明，在总结国内外研究成果的基础上，阐述了有源声学结构的研究发展历程及研究现状，指出了尚需解决的关键问题。 (2)分别采用振动模态和声辐射模态方法对结构声辐射进行分析，给出了结构表面法向速度、声场声压分布以及声功率近场计算的求解方法；将振动模态和声辐射模态联合起来对结构声辐射进行分析，解决了两个问题：1)确定了结构在不同的激励频率(或振动模态)下的主导声辐射模态；2)确定了结构各个振动模态间的耦合对辐射声功率的影响。 (3)建立了声-振耦合下的有源声学结构理论模型，基于“角落单极子”模型对有源声学结构的降噪机理进行了解释并给出了次级声源的布放准则；基于声辐射模态理论，结合振动模态对次级声源的布放规律进行了定量研究，得出了次级源在各种情况下的最优布放位置以及次级声源的面积、模态分布等因素对控制效果的具体影响。通过增加次级声源个数拓宽对大面积平板声辐射的降噪频带，并从振动模态角度对次级声源的布放方案进行了研究。 (4)研究了适用于有源声学结构的两种近场误差传感策略：基于振速的分布式误差传感和基于离散点近场声压的误差传感，对两种传感策略的原理及实现分别进行了深入分析。提出分频段设计法解决了声辐射模态传感器设计中PVDF对形状系数的最高阶次和振动模态的最高阶次选取之间的矛盾，给出了PVDF对的中心线选取原则，在此基础上对PVDF传感器进行了优化设计。分别研究了基于结构表面声压传感和基于测量面声压传感的有源控制，针对单频和宽带辐射噪声构建不同的有源控制目标函数，给出了相应的计算有源控制效果的公式，结合实例仿真结果进行了分析说明。对比了两种传感方式下的有源控制效果，从理论与工程实现两方面讨论了两种误差传感策略的优劣及应用中需要注意的问题。 (5)从不同的角度对有源声学结构的降噪机理进行深入研究。首先从声辐射模态的角度进行分析，并得出了次级声源个数与所能抵消的辐射模态之间的定量关系；然后根据初级结构和次级结构各自的“净”辐射声功率的变化，得出了初、次级结构的能量转化机制，利用结构表面声强的变化对此进行了验证；最后对控制前后声场中的声强和声压分布变化进行了计算分析，揭示了次级板的面积、布放位置及个数对降噪效果的影响。 (6)采用分布式平面声源作为次级声源，对振动钢板的声辐射进行了抵消实验，验证了以往研究中的一系列关键理论结果。主要内容包括：1)次级声源的布放准则验证；2)平面声源的面积和布放位置对降噪效果的影响；3)基于近场声压的误差传感策略有效性验证，将近场测量面声功率作为有源控制目标函数的有效性验证；4)控制前后声场中声压和声强的变化规律。
【图文】：

辐射模,形状,声功率

西北工业大学博士学位论文阶181、82.“9]。以上述平板结构为例，在300Hz以内前4阶声辐射模态的声功率之和在总功率中所占比重大于97%，如图2一5所示。为了准确起见，文中将讨论范围拓宽到前6阶，，其它高阶的辐射模态所占的声功率很小，可以忽略。月习O州洲】以旧倾率I比700.口J以幻1弓比旧图2一前6阶声辐射模态对应的特征值名赞莽劝勺勺盆众知挤%5占~we一一凌产一旅产一万贫一一右一一扁，一益绷率州之图2一5前4阶辐射模态的声功率之和在总声功率中所占比重对矩形平板结构而言，各阶辐射模态q。的形状各不相同，图2一6给出了不同频率下的前六阶模态形状。可以看出:辐射模态形状与平板边界条件无关:在低频时，辐射模态形状随频率变化很慢[87.韶1，其对称和反对称性是不随频率改变的。各阶辐射模态形状均具有一定的对称或反对称性

声功率,辐射模,总辐射,偶模

{{{’一一一一一图2一8结构的总辐射声功率图2一9前5阶辐射模态的声功率上述对应关系是针对长方形(l二，l，)平板得出，对于正方形(l二一l，)平板，以偶一奇或奇一偶模态振动时，yZ，0
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TB535

【引证文献】