结构声学灵敏度分析及其声辐射优化研究

摘要

近年来，随着现代经济的飞速发展，所引发的噪声污染问题也越发严峻，为降低结构辐射噪声带来的危害，结构低噪声设计已成为热点问题，在设计阶段掌握结构的振动噪声特性并采取有效的措施降低其辐射噪声，对于提高产品竞争力具有重要意义。本文基于结构表面法向振速幅值的波叠加法对结构进行声辐射计算、声学灵敏度分析以及声辐射优化，具体研究工作如下：
　　1.对自由声场中结构声辐射计算和声学灵敏度分析进行研究
　　（1）通过数值仿真计算和实验研究验证了波叠加法声辐射计算模型的准确性，重点研究了等效源面缩比系数对波叠加法计算精度的影响，结果表明：当等效源面的缩比系数在一定范围内，波叠加法计算结果较准确，当缩比系数过大时，由于波叠加法系数矩阵接近病态，可能导致波叠加法计算结果失真。针对波叠加法在特征频率处解得非唯一性问题进行研究，指出采用复数失径法或耦合系数为复数的混合源波叠加法可以保证解的唯一性。
　　（2）建立了基于波叠加法的声学灵敏度分析模型，分别对声压关于结构形状、声压关于结构尺寸、声压关于激振频率等参数的灵敏度进行仿真计算，仿真计算结果证明了声学灵敏度分析模型的准确性。以长方箱体为对象，对声压关于频率灵敏度的分析模型进行验证，实验结果表明：声压关于激振频率灵敏度的波叠加法计算值与实验值非常相符。
　　2.对半自由声场中结构声辐射计算和声学灵敏度分析进行研究
　　（1）基于波叠加法建立了适用于半自由场声辐射的计算模型，仿真计算和实验研究均验证了计算模型的准确性。
　　（2）建立了基于波叠加法的半自由场声学灵敏度分析模型，并推导了场点声压关于结构尺寸、声压关于结构形状的灵敏度计算公式，仿真计算结果证明了半自由场声学灵敏度分析模型的准确性。
　　（3）针对反射声对辐射声压以及声学灵敏度计算结果的贡献量进行分析，通过对不同场点处贡献量分析，近一步阐明了半自由场中考虑反射声的必要性。
　　3.建立二维平板和长方箱体的声学优化模型，并将优化成果应用于大型异步电机机座外壳的声学优化
　　（1）建立二维平板和长方体模型的声学优化模型，并对平板和长方体单元厚度进行声学优化。
　　（2）基于Hertz接触理论和线性弹簧单元Combin14提出了一种新的滚动轴承有限元建模方法，通过与电机模态实验结果对比，验证了电机有限元建模方法的准确性和有效性。
　　（3）借鉴二维平板和长方箱体的声学优化成果，分别对机座小侧板以及整个机座外壳单元厚度优化，对比得知，对整个外壳单元厚度的优化效果较好。

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第一章 绪论

1.1课题研究目的和意义

1.2所选课题题目及课题来源

1.3研究现状及存在的问题

1.4本文主要研究内容及技术路线

1.5本章小结

第二章 波叠加法的理论基础

2.1声学基本理论

2.2振动体声辐射的定解问题

2.3波叠加积分方程

2.4本章小结

第三章 自由场声辐射计算与声学灵敏度分析

3.1声辐射计算的波叠加法

3.2声学灵敏度分析

3.3本章小结

第四章 半自由场声辐射计算与声学灵敏度分析

4.1半自由场声辐射计算模型的建立

4.2半自由场声学灵敏度分析模型的建立

4.3半自由场考虑反射声的必要性

4.4本章小结

第五章 电机声辐射优化研究

5.1结构低噪声优化数值算例

5.2电机声辐射计算

5.3电机声辐射优化

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表的论文