[发明专利]一种基于模态部分耦合假设的辐射声功率的计算方法

说明书

本发明公开了一种基于模态部分耦合假设的辐射声功率计算方法，方法主要包括结构模态计算、求解结构振动响应、振动加速度映射到表面空气层、基于模态部分耦合假设辐射声功率计算。与基于模态非耦合假设、模态耦合假设的辐射声功率计算方法相比较，基于模态部分耦合方法满足了能量守恒，实现了非耦合和耦合两种假设的互补，达到了消除理论能量误差的目的。

技术领域

本发明涉及一种结构辐射声功率的计算方法，尤其涉及一种基于模态部分耦合假设的辐射声功率计算方法。

背景技术

随着计算机辅助设计技术(CAE)的发展，在产品制造之初对结构声振及NVH 性能进行优化已经变成了可能。其中，模态追踪法基于模态—振动—噪声方法计算流程来进行结构辐射噪声优化由于其高效性，在工业上得到了广泛应用。

根据模态的正交性，利用模态叠加法求解结构的振动响应是一个合理的线性过程。然而根据声学理论，通过振动响应计算辐射声功率却是个非线性过程。这表示从模态方面出发计算辐射声功率时，各阶模态之间存在未知的耦合情况，实际辐射声功率的峰值可能并不是由该频率对应的约束模态主导的，使得基于模态追踪法的噪声优化失效，甚至导致优化后辐射噪声不降反升的结果。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：一种基于模态部分耦合假设的辐射声功率计算方法，实现非耦合和耦合假设声功率的互补，从而达到消除理论能量误差的目的。本发明通过以下技术方案实现：

一种基于模态部分耦合的假设的辐射声功率计算方法，包括如下步骤：

步骤一、求解时域上的模态方程，过程如下：

构建响应分析的二阶常微分方程组：

x＝Φq

其中，M、C、K分别为结构质量矩阵、阻尼矩阵与刚度矩阵，x＝[x₁ x₂ … x_n]^T为位移响应矩阵，F为强迫载荷矩阵，t为时间，Φ为振型矩阵，q＝[q₁ q₂ … q_n]^T为模态坐标矢量，n为截断模态。

变形可得

Φ^TMΦ＝diag[M₁ M₂ … M_n]

Φ^TCΦ＝diag[C₁ C₂ … C_n]

Φ^TKΦ＝diag[K₁ K₂ … K_n]

Φ^TF(t)＝diag[F₁ F₂ … F_n]

其中，定义分别为第r阶模态质量、模态阻尼以及模态刚度。

解耦后，第r阶模态(r＜n)对应时域上的模态方程为：

步骤二、求解步骤一模态方程的稳态响应(即q_r特解)

令广义力F_r＝f_re^jωt,其中f_r是广义力的幅值。

求解可得：

q_r＝Q_re^jωt