详情

原文传递基于凸模型的声固耦合系统分析与优化方法研究

论文题名：	基于凸模型的声固耦合系统分析与优化方法研究
关键词：	声固耦合系统;凸模型;Chebyshev逼近;非概率可靠性;优化设计;车内噪声
摘要：	随着经济水平增长和汽车交易量持续上升，人们对汽车乘员舱舒适度要求越来越高。车内噪声是影响汽车舒适性的重要指标，涉及结构与流体的相互作用，因此，声固耦合系统研究是近年来噪声领域的热点课题。　　在实际工程中，材料密度、声速、制造误差、周围环境等因素存在不确定性，而系统中多个微小的不确定参数耦合在一起，可能导致实际响应偏离设计值。因此，在对声场进行响应分析时，有必要考虑不确定参数的影响。常用的不确定模型有概率模型、模糊模型及凸模型。其中，凸模型不需要大量样本构造参数的概率分布信息，更适于描述实际工程中复杂的不确定参数。目前，在非概率凸模型研究领域中，区间模型和椭球模型的应用最为广泛，区间模型可用于描述独立变量，椭球模型可用于处理相关变量。本文基于Chebyshev逼近方法和有限兀分析技术，引入凸模型，研究不确定声固耦合系统的分析和优化方法，为工程应用提供设计参考。主要研究工作如下：　　(1)基于区间模型的声固耦合系统有限元分析　　基于声学Helmholtz波动方程，建立了壳结构-声场親合系统有限元模型。引入区间模型描述系统中相互独立的不确定参数，采用Chebyshev逼近方法，通过计算插值点的响应构造原系统响应的近似函数，提出了 Chebyshev区间声固耦合系统有限兀法 CIFEM（Chebyshev Interval Finite Element Method of Structure-Acoustic system, C I F E M)。以某壳结构声固親合系统为例，利用该方法计算了响应上下界，并与Monte-carlo法分析结果进行比较，验证了 C I F E M的计算精度和效率。　　(2)基于椭球模型的声固耦合系统有限元分析　　考虑不确定参数之间的相关性，利用椭球模型描述各类不确定参数，在CIFEM方法的基础上提出了 Chebyshev椭球模型声固耦合系统有限元法分析方法CCFEM（Chebyshev Convex Finite Element Method of Structure-Acoustic system, CCFEM)。该方法对工程中的复杂不确定参数具有更广泛的适用性。数值算例表明，通过提高Chebyshev逼近多项式阶次，可以获得更高的求解精度，但计算效率有所下降，因此应根据不同的求解精度要求选择Chebyshev逼近多项式的阶次。　　(3)基于椭球模型的声固耦合系统可靠性分析　　传统的基于区间模型的可靠性分析，取全部不确定参数达到极限值来计算结构可靠性，往往过于保守。为避免这类情况，根据非概率模型的可靠性定义，将椭球模型转化为标准空间内球模型，利用球模型半径定义椭球模型可靠性。基于关心性能方法，提出了一种不确定声固耦合系统的可靠性分析方法，该方法在声固耦合系统Chebyshev有限元法的基础上，利用迭代算法求解关系点和关心性能值，通过关心性能值获得声固耦合系统的可靠性。　　(4)基于多椭球模型的声固耦合系统鲁棒性优化设计　　为提高系统稳健性，以某壳结构-声场耦合模型为研究对象，将上下壳厚度作为设计变量，壳结构总质量作为可靠性约束条件。建立了目标函数与约束均存在不确定性的声固親合系统优化模型，基于Chebyshev展开和椭球模型可靠性分析，对其进行鲁棒性优化设计。为避免系统响应区间的均值和宽度相差太大，导致权重系数取值过大或过小的问题，本文修正了优化目标函数。算例结果表明该方法在保证系统可靠性的前提下，有效提高了系统的稳健性。　　本文基于区间模型和椭球模型两种不确定凸模型，结合不确定分析方法和Chebyshev多项式理论，提出了两种不确定声固親合系统的Chebyshev有限元分析方法。将关心性能方法与Chebyshev逼近多项式相结合，对凸模型声固親合系统进行了可靠性分析。通过修正鲁棒性优化目标函数，对某壳结构声固耦合系统进行了优化设计。数字算例结果表明，本文方法能有效预测不确定声固耦合系统声压响应的变化范围，提高系统声学性能。
作者：	王晗蓓
专业：	车辆工程
导师：	于德介;孔朝阳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文