[發明專利]一種降低平板結構瞬態聲輻射的優化設計方法

有效

• 申請號: 201810726158.5
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN109117502B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 歐達毅
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 張浠娟

1.一種降低平板結構瞬態聲輻射的優化設計方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1、基于時域有限元-邊界元耦合法，建立適用于任意邊界條件的平板結構瞬態聲輻射理論計算方程：

上述公式的推導是基于時域有限元-邊界元耦合法，其中，SPL_max為平板結構的最大瞬時輻射聲壓級，p(ξ,t)為在t時刻、ξ位置的瞬時輻射聲壓；S_p為平板面積，ρ₀為空氣密度，x'為平板節點坐標，c為聲速，{R}為轉換矩陣，用于將平板結構的節點位移轉換為橫向撓度，δ為狄拉克函數，為平板結構x'位置在τ時刻的瞬時節點加速度；{M}、{C}和{K}分別為平板結構的整體質量矩陣、阻尼矩陣和整體剛度矩陣，和{U(t)}分別為平板結構在t時刻的瞬時節點加速度、瞬時節點速度和瞬時節點位移矢量，和{U(t+△t)}分別為平板結構在t+△t時刻的瞬時節點加速度、瞬時節點速度和瞬時節點位移矢量；{T}為轉換矩陣，用于將單元受到的入射聲壓轉換為等效節點力，{F(t)}為平板結構在t時刻受到的瞬時外力激勵，{p₀(t)}為平板結構在t時刻受到的瞬時入射聲壓，{F(t+△t)}為平板結構在t+△t時刻受到的瞬時外力激勵，{p₀(t+△t)}為平板結構在t+△t時刻受到的瞬時入射聲壓；△t為計算時間步長，η和β分別為Newmark法時間積分常數；

步驟2、設定平板結構的各項已知參數，并設定計算瞬時輻射聲壓的具體位置ξ；

步驟3、設定邊界參數的可調范圍；

步驟4、給定平板結構的初始狀態以及受到的瞬態激勵；

步驟5、選定優化算法，將所述平板結構瞬態聲輻射理論計算方程和優化算法相結合，并針對設定的所述平板結構的各項已知參數、設定的所述邊界參數可調范圍和給定的所述平板結構的初始狀態以及受到的瞬態激勵，進行最優解搜索，以獲得平板結構的最大瞬時輻射聲壓級SPL_max最小化的最優邊界參數；

步驟6、根據所述最優邊界參數形成平板結構；

其中，步驟1、步驟2、步驟3和步驟4不限前后順序。

2.如權利要求1所述的一種降低平板結構瞬態聲輻射的優化設計方法，其特征在于：所述步驟1中所述平板結構的整體質量矩陣{M}、阻尼矩陣{C}和整體剛度矩陣{K}是由有限單元法獲得的，即{M}由平板單元等效質量矩陣{M_p}_e通過直接剛度法組裝而成，{K}由平板單元等效剛度矩陣{K_p}_e和支撐邊界單元等效剛度矩陣{K_b}_e通過直接剛度法組裝而成；

其中，{M_p}_e＝ρh∫∫{N}^T{N}dxdy；

式中，ρ為平板材料密度，h為平板厚度，{N}為單元形函數，上標T為矩陣轉置符號；{B_p}為應變矩陣，{D_p}為抗彎剛度矩陣；k_t和k_r為支撐邊界的參數，分別代表結構支撐邊界的橫向剛度和轉動剛度，為單元邊界輪廓，Γ_b為單位法向量；

所述平板結構的阻尼矩陣，其中，μ為平板阻尼因子，ω₀為平板最低階固有頻率。

3.如權利要求2所述的一種降低平板結構瞬態聲輻射的優化設計方法，其特征在于：所述步驟1中用于模擬任意邊界條件的具體做法為：設定k_t和k_r為支撐邊界的參數，這些邊界參數為復數形式，實部表示邊界支撐的彈性特性，虛部表示邊界支撐的阻尼特性，若模擬彈性邊界支撐，則虛部值取0，邊界參數是常數或位置函數，通過改變這些邊界參數來實現對任意邊界條件的模擬。

4.如權利要求1所述的一種降低平板結構瞬態聲輻射的優化設計方法，其特征在于：所述步驟4中的瞬態激勵是瞬態外力激勵、瞬態入射聲波或瞬態外力激勵和瞬態入射聲波的共同作用。

5.如權利要求1所述的一種降低平板結構瞬態聲輻射的優化設計方法，其特征在于：所述步驟2中各項已知參數包括平板材料、平板阻尼因子、平板尺寸及平板厚度。