约束阻尼结构振动声辐射优化研究

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在板件结构上敷设阻尼材料,能有效抑制结构的振动与声辐射。本文采用有限元与边界元法(FEM+BEM),通过建立约束阻尼结构的振动与声辐射模型,研究其声振特性。以声学参量为优化目标,约束阻尼材料用量为约束条件,建立拓扑优化模型,研究约束阻尼材料的最优布局,为车内噪声的有效抑制和结构轻量化奠定基础。论文的主要研究内容如下:①建立了约束阻尼结构的有限元动力学模型,通过约束阻尼结构的模态分析,并与解析法计算结果进行对比,验证了有限元建模方法的正确性;采用传递函数法推导了约束阻尼结构表面的振动速度表达式,为约束阻尼结构的声辐射分析提供边界条件。②根据结构振动声辐射理论,推导了Helmholtz边界积分方程及其简化的Rayleigh积分公式。建立了四边简支约束阻尼板及含约束阻尼面的腔体模型,研究了其在简谐作用下的场点声压和辐射声功率,为结构振动声辐射优化奠定理论基础。③分别以场点声压和辐射声功率为目标函数,约束阻尼材料用量为约束条件,建立了约束阻尼板声学拓扑优化模型。采用渐进优化算法,通过编制拓扑优化计算流程,获得了约束阻尼材料的优化布局。优化结果表明,优化结构以较小的阻尼材料用量,显著降低了结构的声辐射特性。④建立了以封闭腔体的场点声压和辐射声功率为目标函数,约束阻尼胞单元存在状态为设计变量的声学拓扑优化模型。推导了目标函数对设计变量的灵敏度表达式,采用渐进优化算法,研究了约束阻尼材料在弹性壁板上的优化布局。优化结果表明,通过约束阻尼材料的优化布局,能使其在较小的阻尼材料用量情况下,获得更低的声辐射特性。⑤搭建了封闭腔体声学特性实验平台,通过对比无阻尼板、优化阻尼板以及全覆盖阻尼板的实验结果,验证了理论分析与拓扑优化结果的正确性,为该方法的实际工程应用奠定了基础。
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