[发明专利]振动分布欠采样条件下的结构低频辐射声功率的估计方法

说明书

一、技术领域

本发明提出振动分布欠采样条件下的结构低频辐射声功率的估计方法，通过测得结构表面有限位置处的法向振动速度，按某种方式插值获取结构其它位置的振动速度，准确预测声功率。

二、背景技术

结构振动声辐射预测，可用于舰船设计、噪声治理、民用生产等方面。结构表面布放的振动传感器数目越多，声辐射估计越准确。对于一般形状的结构，可采用Helmholtz积分计算其辐射声场(Rayleigh et al，1878)；对特殊规则形状的结构(如平板形、球形、圆柱形等)，可用振动模态来展开其表面振动速度分布求解辐射声场(Morse et al，1968)。在20世纪90年代初期，Borgiotti(1990)和Photiadis(1990)通过对结构的振动声辐射传递函数矩阵进行奇异值分解，得到一组对辐射声功率的贡献相互独立的特征函数，即声辐射模态，仅由结构的形状和大小决定，与结构的物理性质及边界条件无关。声辐射模态之间没有互耦合，且低频时辐射效率随模态阶数的升高而急剧降低。

在信号处理领域，Shanon和Nyquist提出了采样定理，即采样频率应大于所研究信号频率上限的2倍；使用有限元法或边界元法进行声场分析时，经验性的要求是每个单元的尺寸小于研究频率对应声波波长1/6时才能保证计算结果的可靠性(Atalla and Bernhard，1994；LMS，2000)，但实际使用中，有时测量振动分布的传感器数目有限，不能达到上述要求，这种状况称为欠采样，很多时候需在这种振动分布欠采样条件下的结构低频辐射声功率的估计方法。

与声辐射生成方法相关的公开专利目前仅有CN100530350C，提出了一种面向目标的声辐射生成方法，主要内容是基于对统一的声场模型进行声辐射模式分析而提出的声辐射生成方法，包括步骤：建立面向目标的由声辐射模式构成的分析模型；通过分析声辐射模式，搜寻最大、最小增益模式；计算出相应于最大(或最小)增益模式的向量，并用之于输入端声源阵列的各个单元的输入信号，得到声场控制系统的解。目前还没有涉及到振动分布欠采样振动信号的声功率预测生成方法。

关于振动速度插值，常见的方法是选择插值函数分片插值，其精度取决于插值函数，优势是便于操作、插值函数不复杂时运算量不大，缺点是无物理含义、只涉及数值运算、若插值函数选取不当，误差有可能变大。中国专利公开CN102289605A、CN101853527A、CN101442648A，CN1788285A等都是关于插值的方法：CN102289605A提出一种等值线插值方法，CN101853527A提出一种插值细分方法，CN101442648A提出一种场内插值方法，CN1788285A提出一种快速表面插值方法。

目前还没有基于声辐射模态进行速度插值估计辐射声功率的方法。

三、发明内容

1、发明目的：本发明提出振动分布欠采样条件下结构低频辐射声功率的估计方法，通过测得结构表面某些部分的振动速度分布，估算结构其他部分的振动速度分布，估计声功率。

2、技术方案：

一种振动分布欠采样条件下结构低频辐射声功率的估计方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)测量结构的几何尺寸和形状；

(2)在结构表面各个方向分别等间隔布放若干振速传感器，获得结构表面有限点处的N维法向速度U₁，横向采样间隔为l_x，纵向采样间隔为l_y；

(3)计算结构辐射模态，计算各阶辐射模态的伴随系数：

通过下面的公式计算得到矩阵R₁，