[发明专利]一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法

权利要求书

1.一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)、根据壳体结构的几何信息建立壳体结构的几何模型；

步骤2)、采用Block-Lanczos方法获得几何模型的干模态信息；

步骤3)、在统一的声学计算环境下建立壳体结构及其周围声场的声固耦合模型；

步骤4)、以几何模型的干模态信息作为声固耦合模型中耦合矩阵的输入，通过施加低频激励，进行声振耦合一体化计算，即可得到声学响应及结构振动响应。

2.根据权利要求1所述的一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法，其特征在于，步骤1)中，通过采集壳体结构的几何信息，并对壳体结构的几何信息进行结构分析，根据分析结果建立壳体结构的几何模型。

3.根据权利要求2所述的一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法，其特征在于，几何信息包括结构中各个部件的几何形状及形位尺寸，结构分析包括对承载件、振动传递件和质量件的分析。

4.根据权利要求1所述的一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法，其特征在于，干模态信息包括壳体结构的固有频率和模态振型。

5.根据权利要求4所述的一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法，其特征在于，建立几何模型的振动方程，基于振动理论求解几何模型的振动方程对应特征方程的特征值，特征值即为壳体结构的固有频率；特征值对应的特征向量为壳体结构的模态振型。

6.根据权利要求5所述的一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法，其特征在于，建立几何模型的振动方程：

基于振动理论求解几何模型的振动方程，式中，M、C和K分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；和X分别为加速度响应矢量、速度响应矢量和位移响应矢量；F为外部激励力矢量；

振动方程简化为：

求解简化方程的特征方程：

其特征值ω即为壳体结构的固有频率，将特征值从小到大排列，0≤ω₁≤ω₂≤…≤ω_n，其中ω_i对应着第i阶固有频率；特征值ω对应的特征向量为壳体结构的模态振型，组成壳体结构的模态振型。

7.根据权利要求1所述的一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法，其特征在于，基于声学波动方程的边界条件得到流体声学环境：条件

流固交界面S₁条件：

固定边界S_b条件：

自由表面S_F条件：

无限远边界S_f条件：

式中：为分界面处结构法向加速度；n为交界面处法线方向；r为远边界处法线方向，ρ为流体密度，c₀为声速，g为重力加速度，t为时间。

8.根据权利要求1所述的一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法，其特征在于，建立声固耦合模型的声固耦合动力学方程：

式中，为声固耦合矩阵，K_s、C_s、M_s分别为结构质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，K_f、C_f、M_f分别为流体介质的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，u结构节点位移向量，p为流体节点动压力向量，F_S为结构外载荷向量，F_f为流体外载荷向量。