声学超材料不确定性分析及其车内降噪应用研究

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1、学校代号10532学号S150200225分类号U463密级公开硕士学位论文声学超材料不确定性分析及其车内降噪应用研究学位申请人姓名胡计雨培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称何智成副教授学科专业机械工程研究方向汽车振动噪声控制论文提交日期2018年4月23日学校代号：10532学号：S150200225密级：公开湖南大学硕士学位论文声学超材料不确定性分析及其车内降噪应用研究学位申请人姓名：胡计雨导师姓名及职称：何智成副教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年5月19日答辩委员会主席：冯凯教授ResearchontheU

2、ncertaintyAnalysisandtheApplicationinCarInteriorNoiseControlofAcousticMetamaterialsbyHUJiyuB.E.（HefeiUniversityofTechnology）2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociateProfe

3、ssorHEZhichengApril,2018声学超材料不确定性分析及其车内降噪应用研究摘要声学超材料是人工周期复合材料，因其所具备的超常特性，近年来受到国内外学者的广泛关注。传统的声学超材料研究大多是基于确定参数模型，然而在实际工程应用中，由于制造、测量和材料属性等误差的影响，声学超材料中的不确定参数往往是不可避免的。当这些不确定参数耦合在一起时，可能会使得声学超材料的实际物理特性产生较大的偏差。为保证声学超材料使用性能的可靠性，对不确定声学超材料的物理特性等进行有效的预测是非常有必要的。针对不确定声学超材料问题，本文构建了区间、随机、区间和随机混合三种不确定声学超材料的数值分析方法，

4、分别用于预测这三种类型不确定参数对声学超材料能带结构、模态振型及频率响应函数的影响。此外，针对车内驾驶员右耳处噪声响应峰值问题，提出一种声学超材料板结构来降低车内噪声，并对该结构的不确定性进行了研究。论文主要的研究内容包括：（1）基于区间摄动有限元法，构建了区间不确定声学超材料的分析模型，可用于分析区间声学超材料能带结构频率、模态振型位移及频率响应的变化范围。区间摄动有限元法以一阶摄动技术为基础，分别将能带结构频率、模态振型位移及频率响应近似为区间参数的线性函数，在确定摄动半径后便可求得其变化范围。（2）建立了基于变换随机摄动有限元法的随机不确定声学超材料分析方法，可有效的计算随机声学超材

5、料能带结构频率、模态振型位移及频率响应的概率密度函数。在该分析方法中，首先利用一阶摄动技术分别将能带结构频率、模态振型位移及频率响应近似为随机参数的线性函数，然后根据变量变换法分别求解其概率密度函数。（3）结合区间和随机混合摄动有限元法，提出区间和随机混合不确定声学超材料数值分析方法。该分析方法首先基于区间和随机混合摄动技术将能带结构频率、模态振型位移及频率响应分别近似为区间参数和随机参数的线性函数，然后采用随机区间矩法分别求出其期望和方差，最后分别采用顶点法和蒙特卡洛法求出期望和方差的变化范围。（4）提出一种声学超材料板结构，研究其结构、材料参数对带隙频率的影响。然后针对车内驾驶员右耳处

6、噪声响应峰值问题，提出参数合理的声学超材料结构并对其进行不确定性分析，保证其在降低车内噪声应用中的有效性。关键词：声学超材料；区间参数；随机参数；区间和随机混合不确定；摄动法II硕士学位论文AbstractAcousticmetamaterials(AMs)areman-madeperiodiccompositematerials,becauseoftheextraordinaryfeatures,whichhaveattractedmuchattentionamongthescholarsathomeandabroadinrecentyears.Traditionalresearches

7、ofAMsareusuallybasedondeterministicparametersmodels.However,duetotheeffectsofmanufacturing，measurementandmaterialspropertieserrors,theuncertainparametersinAMsareusuallyunavoidableinthepracticalengineeringapplicat