腔体结构振动建模及声振特性分析

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腔体结构及内部声腔构成的腔体结构-声腔耦合系统广泛应用在汽车、飞机及船舶领域。由于腔体结构-声腔耦合系统振声特性对内部设备正常运行及工作人员声学环境具有重要影响,预测并控制腔体结构-声腔耦合系统声振特性具有显著现实意义。本文针对腔体结构进行振动建模及声振耦合特性分析,以期为腔体结构内部声场分布、声振能量传递规律及声振耦合机理的获悉提供可靠的研究基础和理论参考。本文利用能量法建立三板组合结构、四板组合结构和箱体组合结构等模型组合结构理论模型,并对其模态及强迫振动响应进行数值分析。考虑结构边界条件任意性,运用二维改进傅立叶级数来描述组合结构内各板结构弯曲及面内振动位移。本文在建立不同组合结构能量函数时,针对具有不同方向耦合结构建立改进的耦合能,最终结合Rayleigh-Ritz方法对结构位移内未知系数进行偏导求解,获得组合结构特征方程。利用有限元法对不同种类组合结构的模态及振动响应进行求解,并将其与本文方法获得结果进行对比,良好的比较结果实本文求解组合结构动力学特性的有效性。在腔体结构理论模型的基础上,考虑弹性结构系统与声腔的结构-声耦合关系,运用能量原理建立箱体结构-声腔耦合系统理论模型。采用三维改进傅里叶级数对声腔内声压函数进行表达,结合Rayleigh-Ritz对声振耦合系统能量函数中所有未知系数进行求解,最终得到封闭弹性板结构-声腔耦合系统控制方程。通过将结构-声耦合系统模型的声振特性及外部激励作用下声振响应与有限元方法结果进行对比,得到良好的对比结果,证实本文方法预测封闭弹性板结构-声腔耦合系统声振特性的有效性。
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