用面向对象有限元方法研究水声吸声覆盖层声反射特性

摘要

本文主要用面向对象有限元方法(Object—Oriented Finite ElementProgramming——OOFEM)研究了水声吸声覆盖层的声学特性。有限元数值方法研究长久以来被广泛使用在结构问题的探讨和模拟上，水声吸声覆盖层由于满足Bloch的周期性边界条件，采用有限元法可以有效的分析及计算模型的吸声系数和透声系数。根据位移等物理量的对称关系，本文分析论证了声波在垂直入射情况下最小的有限元计算区域是横截面为正六边形周期边界1/36的三棱柱，这个分析模型大大减少了有限元分析的计算量。 面向对象有限元方法是20世纪末出现的有限元新方法，它克服了结构化设计软件在可维护性、可扩充性的约束和开发效率低的缺陷。 本文将面向对象有限元方法引入了水声吸声覆盖层声学特性有限元研究，在Microsoft VC6.0平台上编制了一个水声吸声覆盖层声学特性的面向对象有限元分析软件，作为对本领域研究的一次有益尝试。本文提取了水声吸声覆盖层声学特性有限元方法中的对象类，建立了各个对象类之间的关系，确立完成了有限元分析的消息流从而形成所需要的软件。这个过程包括：水声吸声覆盖层的面向对象有限元分析、设计和实现。 本文通过对比声波在分层介质材料中传播的吸声系数和透射系数的解析解，验证了自编OOFEM软件的准确性。数值分析了水声吸声覆盖层的声反射特性。通过改变吸声材料的物理参数，计算了无空腔均匀层吸声覆盖层的声反射系数，分析了吸声材料的厚度、密度、杨氏模量、泊松比、损耗因子对声反射特性的影响。并对不同背衬下的情况进行了计算并分析了谐振特性。本文还研究了带空腔的吸声覆盖层在各种背衬和不同腔型下的声反射特性，分析了结构对其的影响。本文建立的OOFEM可以在吸声覆盖层的声学设计中推广应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1概述

1.2研究目的和意义

1.3水声吸声覆盖层声学特性的研究现状

1.3.1水声吸声覆盖层声学特性研究概况

1.3.2面向对象有限元方法的发展和优势

1.4本文的研究内容和研究方法

第2章 水声吸声覆盖层理论模型

2.1水声吸声覆盖层的有限元模型

2.2吸声覆盖层的有限元基本理论

2.2.1吸声覆盖层的结构有限元分析

2.2.2流体有限元分析

2.3周期边界条件及约束条件的处理

2.4求解吸声覆盖层的反射和透射系数

2.5本章小结

第3章 水声吸声覆盖层问题的OOFEM

3.1水声吸声覆盖层问题OOFEM分析和设计

3.2 OOFEM设计

3.2.1 OOFEM类的分层设计

3.2.2各类/对象间的属性和方法

3.3 OOFEM与ANSYS平台的衔接

3.4本章小结

4.1声波在均匀分层材料中传播的解析解

4.2 OOFEM的算法和性能验证

4.2.1 OOFEM的算法验证和有限单元尺度λ/4原则

4.2.2影响无空腔吸声覆盖层声反射特性的因素

4.3带空气腔吸声覆盖层的声反射特性分析

4.3.1带空气腔吸声覆盖层与均匀吸声覆盖层的声反射特性对比

4.3.2影响带空气腔吸声覆盖层声反射特性的其它因素

4.4本章小结

结论

参考文献

致谢