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原文传递基于声学空间-弹性板耦合模型的声辐射与声传递特性研究

论文题名：	基于声学空间-弹性板耦合模型的声辐射与声传递特性研究
关键词：	船舶舱室噪声;声学空间;弹性板;结构耦合;声传递特性
摘要：	2014年7月1日国际海事组织（IMO）对船舶舱室噪声颁布了更为严格的新标准，新标准中的舱室噪声比旧标准降低了5 dB，这一要求给舱室降噪工程带来了新的挑战。快速精确的预测由板振动引起的声腔噪声及辐射声是舱室降噪工程中的重要环节，本文从解析角度对声学空间-弹性结构耦合模型的声传递特性进行了分析，旨在为工程声学特性的快速精确预报提供新的理论方法。本文开展了如下工作：　　为计算板的板辐射声特性，建立了矩形板声辐射模型，求解了弹性安装板在简谐点力作用下的声辐射特性。在计算辐射声功率时，通过傅里叶级数展开，将四重积分转化为四个一重积分，极大的简化了求解过程。深入研究了弹性安装边界对于辐射声功率的影响，发现边界处的直线弹簧的作用明显大于扭转弹簧的作用。通过考虑外界声场对板的反作用，建立了外声场同板振动的强耦合关系，并对不同流体介质中的强弱耦合特性进行了分析比较。为降低板的辐射声功率，本文建立了板表面贴有隔振层时的辐射模型，其中隔振层采用局部弹簧模型，利用其挤压刚度较小的特性来隔绝结构和流体间的直接相互作用，验证了隔振层对于辐射声功率削减的重要作用，并研究了隔振材料的参数对隔声性能的影响。　　基于矩形板声辐射的研究，建立了声腔-弹性板-声辐射耦合模型；分析了该模型下板的隔声特性，研究了不同声腔体积对板的隔声特性影响。通过改变板的安装位置分析了其对耦合系统的影响，发现板的位置对各阶耦合固有频率的影响有明显的规律性。研究了影响板隔声特性的因素，发现板的安装条件对于隔声性能有较大的影响；声腔的模态在低频时对板的隔声特性影响显著。研究了声腔内的声源数量和位置对于隔声特性的影响，分析了板同外声场间的强弱耦合特性。　　建立了声腔-弹性板-声腔耦合模型，分析了耦合系统中的参数变化对系统的影响，发现板的位置对于耦合模型的固有频率影响较小，且在受迫响应中板位置对声源腔的声压影响极小，但对接收声腔内的声压影响较为明显。板的边界条件同样对于声源腔的声压影响可以忽略，但对接收声腔则具有较明显的影响，且扭转刚度和直线刚度均含有一个对声压影响比较敏感的取值范围。通过求解板在接收声腔侧包络面上的声强，计算了板的辐射声功率，研究了板的隔声特性问题。接收声腔的阻抗壁面数值对隔声特性有影响，且不同的测量或计算环境会得到不同的结果。另外还分析了在采用声腔-弹性板-声辐射模型和声腔-弹性板-声腔模型所得到的板隔声性能的差异，发现模型不同隔声性能不同。　　引入“虚拟板”概念建立了任意开孔情况下矩形板的振动模型，通过同有限元结果进行比对，验证了本文所采用的“虚拟板”模型的准确性，分析了板上含有多开孔时的振动模态。结合“虚拟板”模型和声腔-弹性板-声腔耦合模型，建立了声腔-开孔板-声腔的耦合模型，研究了声腔-通孔-声腔模型的声传递特性。通过比较“虚拟板”两侧的声压值发现，“虚拟板”的引入能保证声压在“虚拟板”两侧具有连续性，进一步验证了该模型的正确性。研究了该模型下不同通孔的位置和大小、板厚度、边界等耦合参数对耦合系统的固有频率和声压响应特性的影响。　　通过三维坐标变换，完成了任意六面体声腔模型的解析建模。研究了声腔形状变化时其声腔固有频率的变化；分析了非规则声腔同板的耦合情况，通过固有频率和强迫响应验证了该耦合模型的正确性。探寻了耦合系统的参数对于耦合特性的影响，研究了声腔在不同形状时，板的入射声功率、辐射声功率、隔声性能、自身振动的变化规律，并探讨了变化曲线中峰值和波谷存在的原因。　　针对本文所研究的内容，建立了数个声腔耦合实验模型。所采用的面声源模型可应用于相应的声学实验，且具有较高的准确性。实验中分别验证了声腔-弹性板-声腔的耦合模型、声腔-通孔-声腔模型、声腔-开孔板-声腔模型和声腔-弹性板-声辐射模型理论计算的准确性，并对实验中出现的偏差进行了分析。
作者：	王刚
专业：	轮机工程
导师：	李文龙;李玩幽
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文