[發(fā)明專利]一種結(jié)構(gòu)-聲耦合系統(tǒng)的等效電路模型

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110327666.4
• 申請(qǐng)日: 2011-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN102930068A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王盛春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍重慶通信學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心 50201
• 代理人: 郭吉安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)-聲耦合系統(tǒng)的等效電路模型，屬于聲學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由彈性板類結(jié)構(gòu)的振動(dòng)而引起的聲輻射問題一直是相關(guān)聲學(xué)工程領(lǐng)域的重要研究課題。彈性板封閉腔體結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程領(lǐng)域，如車輛、船舶、飛機(jī)的乘坐艙室等，其彈性板類結(jié)構(gòu)的聲輻射是艙室內(nèi)的主要噪聲源之一。隨著對(duì)乘坐舒適性要求的不斷提高，艙室內(nèi)噪聲控制和聲學(xué)設(shè)計(jì)越來越引起人們的重視，而對(duì)艙室結(jié)構(gòu)-聲耦合特性的研究是進(jìn)行噪聲控制和聲學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。針對(duì)這一問題，1999年Kim等人在前人研究的基礎(chǔ)上用阻抗和導(dǎo)納方法分析了結(jié)構(gòu)-聲耦合問題，但其提出的理論模型不直觀，不方便對(duì)系統(tǒng)耦合特性以及影響系統(tǒng)耦合程度的因素作具體研究。國(guó)內(nèi)的靳國(guó)永等將空腔結(jié)構(gòu)-聲耦合系統(tǒng)模擬成控制理論中的反饋與前饋系統(tǒng)對(duì)其耦合特性進(jìn)行了分析，但模型中各要素的物理意義不甚明確，且無(wú)法通過該模擬計(jì)算耦合后彈性板和聲腔的固有頻率等關(guān)鍵參數(shù)，這在一定程度上限制該模型的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述結(jié)構(gòu)-聲耦合分析方法和模型存在的問題，本發(fā)明提出一種方便直觀、物理意義明確、應(yīng)用范圍廣泛的結(jié)構(gòu)-聲耦合系統(tǒng)等效電路模型。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所涉及的一種結(jié)構(gòu)-聲耦合系統(tǒng)的等效電路模型，由耦合聲腔子系統(tǒng)和耦合彈性板子系統(tǒng)組成，耦合聲腔子系統(tǒng)由廣義源激勵(lì)和可調(diào)并聯(lián)電路組成，其中廣義源激勵(lì)以相互并聯(lián)的恒流源表示，可調(diào)并聯(lián)電路由兩條支路組成，一條支路是阻值為未耦合聲模態(tài)阻抗的固定電阻，另一條支路是阻值為耦合聲模態(tài)阻抗的可調(diào)電阻；耦合彈性板子系統(tǒng)由廣義力激勵(lì)和可調(diào)并聯(lián)電路組成，其中廣義力激勵(lì)以相互串聯(lián)的恒壓源表示，可調(diào)并聯(lián)電路由兩條支路組成，一條支路是阻值為未耦合結(jié)構(gòu)模態(tài)導(dǎo)納的固定電阻，另一條支路為阻值為耦合結(jié)構(gòu)模態(tài)導(dǎo)納的可調(diào)電阻，聲腔內(nèi)聲壓響應(yīng)表示為并聯(lián)電阻的端電壓，而彈性板結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)表示為流過并聯(lián)電阻的總電流。

上述方案中的未耦合的聲模態(tài)阻抗為：

???????????????(1)

未耦合的結(jié)構(gòu)模態(tài)導(dǎo)納為：

??????????????????????(2)

其中、分別為彈性板的面密度和面積，V為封閉聲腔體積；、分別為結(jié)構(gòu)和聲腔的第m階、第n階固有頻率，、分別為結(jié)構(gòu)和聲壓模態(tài)的第m階、第n階阻尼因子，和分別為聲媒質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)的聲速和密度，為聲模態(tài)共振因子。

耦合的聲模態(tài)阻抗為，耦合的結(jié)構(gòu)模態(tài)導(dǎo)納為，其中為耦合系數(shù)矩陣。

本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)-聲耦合系統(tǒng)的等效電路模型，不受彈性板材料性質(zhì)和聲腔形狀的限制，借助此模型可以計(jì)算耦合后彈性板和聲腔的固有頻率，并可以方便直觀的分析系統(tǒng)耦合機(jī)制和決定系統(tǒng)耦合程度的影響因素，有利于工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行不同性質(zhì)板件結(jié)構(gòu)封閉空間結(jié)構(gòu)-聲耦合問題的分析和聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

附圖說明

圖1為耦合聲腔子系統(tǒng)的等效電路模型。

圖2為耦合彈性板子系統(tǒng)的等效電路模型。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

任意形狀聲腔內(nèi)聲壓和結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)可用下式計(jì)算：

?????????????????????(3)

???????????????????????(4)

其中P、V分別為腔內(nèi)聲壓和彈性板的結(jié)構(gòu)模態(tài)幅值；為耦合系數(shù)矩陣；為作用于夾層板的廣義模態(tài)力；為結(jié)構(gòu)-聲邊界表面聲壓；為聲腔內(nèi)的廣義聲源強(qiáng)度；I為單位矩陣，、分別為未耦合的聲模態(tài)阻抗矩陣和結(jié)構(gòu)模態(tài)導(dǎo)納矩陣。

由式(3)和(4)可以看出，耦合系統(tǒng)的聲腔、結(jié)構(gòu)響應(yīng)可分為兩部分：前一部分和分別代表了耦合后聲腔與彈性板系統(tǒng)的固有特性，也因此決定了系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性；后一部分和分別為耦合聲腔的廣義源向量和彈性板的廣義力向量，它們不決定耦合后聲腔與彈性板系統(tǒng)的固有特性，而只代表系統(tǒng)的廣義激勵(lì)。