[发明专利]一种计算声振系统中高频动力学响应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及声振系统动力学响应分析领域，具体为一种计算声振系统中高频动力学响应的方法。

背景技术

结构动力学响应分析的方法主要可以归纳为两类：解析方法和数值方法。解析方法主要是将被研究结构简化为弹性梁、平板、圆柱壳或者锥壳结构，采用积分变换或模态分析方法，建立流固耦合方程，进而求解得到结构的模态辐射声功率。尽管解析方法在分析的过程中提供了清晰的物理概念，但它往往不适合解决工程实际问题。因为随着分析频率的提高或者是被研究结构的复杂化，建模和求解的难度都将大幅度增加，最终计算结果的准确度也必然降低。

数值方法主要包括有限元方法(FEM)、边界元方法(BEM)和统计能量分析(SEA)方法。在实际工程中，通常采用有限元理论计算结构的振动响应，边界元理论计算由于结构振动所辐射的声场水平。但是，随着计算频率的提高，划分的结构单元数目急剧增加，计算量也随之迅速增大，限于硬件条件，FEM、BEM方法一般适用于低频率范围。SEA方法是一种适用于较宽频率范围的随机振动与噪声分析方法，它从统计的观点分析被研究对象，以能量作为独立的动力学变量，使用功率流平衡方程研究各个子系统之间的能量传递关系。SEA方法的优点是：分析频率越高，分析结果的精度越高；便于工程人员使用；求解速度快；对硬件条件要求低。所以SEA方法往往适用于高频范围。

目前，工程运用领域日益迫切地需求可适用于低、中、高全频域的数值分析方法。在这一需求的牵引下，大致形成了三个方向的研究思路：一是将有限元、边界元理论向高频发展，例如能量有限元法；二是将SEA方法向中低频发展，例如Hopkins提出了低模态密度、低模态重叠因子条件下的统计能量分析基本参数，高宝华、张建等分析得到了耦合板的低频耦合损耗因子；三是发展适用于全频域的混合方法，如FEM-SIF混合方法、EOA-SFEM方法等。但是，无论从哪个发展方向出发得到的全频域分析方法，都存在求解复杂，不能快速地应用于实际工程中的问题。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术的问题，本发明提出一种计算声振系统中高频动力学响应的方法，既适合于结构模态稀少的中频域，也适用于结构模态密集的高频域，并且可以较快速地进行大型复杂声振耦合系统动力学响应计算。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种计算声振系统中高频动力学响应的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将被研究的声振系统划分为N个子系统，使每个子系统具有相同的动力学特性，其中动力学特性包括阻尼、模态能量和耦合损耗因子；

步骤2：确定模态能量分析方法和统计能量分析方法适用的分析频率范围：

步骤2.1：确定每个子系统的第一阶共振频率：f_1，i，i＝1，…，N，其中i表示第i个子系统；模态能量分析方法适用的分析频率范围下限f_min^MEA为f_min^MEA＝max(f_1，i)；

步骤2.2：由模态重迭因子公式M_e，i＝n_i(f)fη_i，计算第i个子系统的模态重迭因子M_e，i＝1时的最小分析频率f_i，i＝1，…，N，其中n_i(f)表示第i个子系统的结构模态密度，η_i表示第i个子系统的结构内损耗因子；模态能量分析方法适用的分析频率范围上限f_max^MEA为f_max^MEA＝max(f_i)，统计能量分析方法适用的分析频率范围下限f_min^SEA为f_min^SEA＝f_max^MEA；

步骤3：当分析频率f处于f_min^MEA～f_max^MEA范围内，采用模态能量分析方法计算被研究的声振系统中频动力学响应，所述模态能量分析方法为：