[发明专利]一种计及非共振传输的中高频局部动响应预示方法

说明书

本发明提供了一种计及非共振传输的中高频局部动响应预示方法，将声‑固耦合结构解耦为结构子系统和声腔子系统，分别建立子系统的有限元模型，并对子系统进行模态分析，计算子系统之间的陀螺耦合系数；建立各个模态上关于角频率的功率流平衡方程，进而获得子系统在角频率处的模态能量；确定子系统在研究频带内的模态阶数，并计算各个模态计及非共振传输的模态能量；建立子系统在研究频带内的模态能量与模态振型幅值之间的关系；基于局部能量预示理论求解结构和声腔子系统的局部能量响应。本发明方法与现有统计模态能量分布分析法相比，考虑了非共振模态间的功率传输，因此计算得到的模态能量更加接近真实值，进而能够更精确地预示大阻尼系统的中高频局部动响应。

技术领域

本发明涉及一种声-固耦合响应获取方法，具体涉及一种中高频局部动响应预示方法。

背景技术

声-固耦合问题广泛存在于航空航天结构中，尤其是对于中高频激励下的薄壁结构，结构和声场之间极易产生声-固耦合效应，引起结构的振动并改变声场的分布，进而影响结构的安全性和仪器设备的功能性。因此，结构的振动水平及声场的噪声水平是结构设计阶段必须考虑的重要指标。

目前，获取声-固耦合响应的方法主要有试验方法、理论方法和数值方法。试验方法的结果真实可信，其不足之处在于耗费巨大、试验周期较长且仅能实现有限实验条件和工况。理论分析方法较难适用于复杂工程结构。数值方法是一种有效的分析手段，对于中高频声-固耦合问题，现有的中高频动响应分析方法包括统计能量分析法、统计模态能量分布分析法。但统计能量分析法的各项假设在工程应用中往往不是完全满足，而且它侧重于子系统的空间平均能量，难以得到子系统的局部能量。统计模态能量分布分析法能够克服统计能量分析的模态能量均分假设，并基于该方法可以获得研究频带内的模态能量进而预示局部动响应，然而，统计模态能量分布分析法尚无法考虑非共振模态间的功率传输，即非共振传输。在大阻尼声-固耦合系统中，忽略功率传输中的非共振传输会引起较大的分析误差，严重影响了声-固耦合系统的响应预示精度。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种计及非共振传输的中高频局部动响应预示方法，解决了基于统计模态能量分布分析法尚无法考虑非共振模态间的功率传输问题，能够精确预示大阻尼系统的中高频局部动响应。

技术方案：本发明提供了一种计及非共振传输的中高频局部动响应预示方法，包括以下步骤：

(1)将声-固耦合结构解耦为结构子系统和声腔子系统，分别建立子系统的有限元模型，并对结构子系统和声腔子系统进行模态分析，分别提取结构子系统和声腔子系统的模态数据，利用模态数据计算子系统之间的陀螺耦合系数；

(2)根据结构子系统和声腔子系统的模态数据，并结合子系统之间的陀螺耦合系数建立各个模态上关于角频率的功率流平衡方程，联立各个模态功率流平衡方程并对方程组求解，进而获得结构和声腔子系统在角频率处的模态能量，即子系统的各个模态能量在频域内的分布；

(3)利用结构和声腔子系统的固有频率信息，通过与研究频带的频率上下界比较，确定子系统在研究频带内的模态阶数，并计算各个模态计及非共振传输的模态能量；

(4)建立子系统在研究频带内的模态能量与子系统的模态振型幅值之间的关系；

(5)基于局部能量预示理论求解结构和声腔子系统的局部能量响应。

进一步，步骤(1)所述结构和声腔子系统的模态数据包括结构子系统在耦合边的位移模态振型、声腔子系统在耦合边的应力模态振型、以及子系统的固有频率、模态质量、模态刚度；

子系统之间的陀螺耦合系数通过结构子系统和声腔子系统的模态来获得，表达式为：