基于耦合模态空间控制方法的结构声主动控制研究

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随着人们生活水平的提高,噪声污染问题越来越受到人们的重视。结构声主动控制(Active Structural Acoustic Control, AS AC)是结构振动噪声控制领域的研究热点之一。它采用次级振源对结构的振动进行控制,进而实现对结构声辐射的控制,其实质是将振动主动控制应用到结构声辐射控制中。因此,振动主动控制的研究与结构声主动控制的研究密切相关。振动主动控制领域中的耦合模态空间控制(Dependent Modal Space Control, DMSC)方法,可以实现对结构的部分振动模态的振型、固有频率和阻尼比进行控制,而其它阶振动模态的振型、固有频率和阻尼比不受影响。同时,该方法具有物理意义明确,实施过程简单的特点。本文结合该耦合模态空间控制方法,针对结构的低频声辐射控制提出了两种结构声主动控制方法。方法一采用耦合模态空间控制方法将闭环系统的非零体积速度模态配置成零体积速度模态,方法二采用耦合模态空间控制方法将闭环系统的左特征向量配置成与激励力向量正交的形式。数值仿真表明,本文提出的两种结构声主动控制方法可以有效抑制结构的低频振动声辐射。本文完成的主要研究工作如下:(1)结合弹性力学有限元法理论以及结构动态特性理论,对以Mindlin板弯曲理论为基础建立的有限元模型进行了研究。介绍了结构辐射声功率的近场计算方法,并研究了低频时声辐射模态形状和对称性随频率变化的特点。介绍了耦合模态空间控制方法,以及采用有效独立法选取控制力施加位置的方法。(2)通过声辐射模态与振动模态之间的关系推导出零体积速度弱辐射模态的理论依据。提出了通过耦合模态空间控制方法将结构的非零体积速度模态控制为零体积速度模态的结构声主动控制方法。以矩形简支板为例,进行了基于零体积速度模态配置方法的结构声主动控制仿真。(3)介绍了振动系统的左特征向量,推导了振动系统左特征向量与模态振型之间的关系。提出采用耦合模态空间控制方法将闭环系统的左特征向量配置成与激励力向量正交的形式,来降低结构的低频振动声辐射的方法。以矩形简支板为例,进行了基于左特征向量配置的结构声主动控制仿真。(4)对不同工况下本文提出的两种结构声主动控制方法的声辐射控制效果进行了对比。分别从物理意义和数值仿真结果两方面讨论了两种控制方法的区别和联系。
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