基于混合有限元-波函數(shù)法的結構-聲耦合分析.pdf

1、封閉聲腔內(nèi)部的聲學問題在實際工程問題中是極具現(xiàn)實意義的，汽車的內(nèi)部空間、飛機機艙、潛艇內(nèi)部以及船舶船艙等研究對象的內(nèi)部聲學問題均屬于該范疇。建立此類結構-聲學耦合系統(tǒng)的預測模型，分析聲腔內(nèi)部的聲壓可以為降噪提供指導。目前，缺乏廣泛適用于結構-聲學耦合系統(tǒng)中頻聲學分析的確定性數(shù)值分析方法。有限元法具有幾何適應性強但隨頻率增加計算時間成本迅速增加的特性，而波函數(shù)法有收斂性好但幾何適應性差的特性，結合有限元法和波函數(shù)法兩者的優(yōu)點，實現(xiàn)有限元-

2、波函數(shù)法混合建模，可提高預測分析頻率，同時保證建模方式的良好幾何適應性，以解決實際工程問題的中頻預測分析問題。
　　建立平板結構和楔形聲腔的波函數(shù)法模型，將場變量分布、響應點響應曲線和誤差分布與有限元對比以展示波函數(shù)法的精度。以相對誤差為因變量，模型系統(tǒng)矩陣維度和CPU運行時間分別為自變量，對平板結構作特定頻率下的收斂性分析，以比較有限元法和波函數(shù)法的計算效率。
　　波函數(shù)法收斂的充分不必要條件是求解域為凸形域，若求解域為非

3、凸形域，則需要將其劃分為互不重疊的凸形域，并通過連續(xù)性條件實現(xiàn)各子域之間的耦合。分別建立了L型平板和L型聲腔的多域波函數(shù)法數(shù)值模型，以說明域分解在波函數(shù)法中的有效性，拓展波函數(shù)法的應用范圍。
　　將有限元法用于幾何復雜的區(qū)域，波函數(shù)法用于幾何簡單的區(qū)域，實現(xiàn)有限元-波函數(shù)法混合建模，可減少離散單元帶來的誤差，提高模型的可預測頻率，從而進一步拓展波函數(shù)法的應用范圍。在 Mat lab中編程建立了二維車內(nèi)聲學的FE-WBM混合模型，將

4、預測結果與有限元法比較，以驗證混合建模方法的精度，通過特定頻率下的收斂性分析，展示FE-WBM和FEM的收斂特性。分別以聲腔為矩形聲腔和非凸形域的耦合系統(tǒng)為對象，編寫結構-聲學耦合系統(tǒng)的有限元-波函數(shù)法聲學預測模型，以分別展示結構有限元-聲腔波函數(shù)法與結構有限元-聲腔有限元和波函數(shù)法混合建模方法。
　　設計了結構-聲學耦合系統(tǒng)的實驗。采用波函數(shù)法和有限元-波函數(shù)法建立了實驗模型的聲壓預測模型，將預測結果與實驗測試結果做了對比，以驗