辐射噪声预报与结构声优化的研究现状与发展.pdf

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1、第45卷第1期船海工程Vo1．45No．12016年2月SHIP&0CEANENGINEERINGFeb．2016DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2016．O1．015辐射噪声预报与结构声优化的研究现状与发展向阳(武汉理工大学a．能源与动力工程学院；b．船舶动力工程技术交通行业重点实验室，武汉430063)摘要：面向结构的噪声与振动控制，对结构辐射噪声预报的有限元法、边界元法、波叠加法、统计能量法和无限元法的发展历程、特点、研究现状及存在的问题进行分析，针对在产品的设计阶段进行结构的声优化设计这一热点问题，论述声优化中的形状优化

2、、拓扑优化、阻尼优化的特点、研究现状及存在的问题，总结辐射噪声预测和声优化的关键问题和未来的研究方向。关键词：辐射噪声；噪声预报；结构声优化中图分类号：U674．76；TB53文献标志码：A文章编号：167l-7953(2016)01-0071-07结构振动引起的声辐射是噪声的主要来源之敏度，研究优化策略和方法，综合考量结构尺寸、一，因此，准确预测结构振动导致的声辐射对于噪重量、强度和声辐射等诸多因素的协同优化，是学声控制和结构声优化设计有非常重要的意义。简术界和工业界及军事领域的研究热点，也是尚未单的物理模型可采用解析法求解声辐射，直接推完全攻克的难题

3、之一。下面分别叙述和分析结构导出振动与辐射声场的声场量之间的具体表达声辐射预测和声优化设计的研究现状、存在的问式，分析影响声辐射的各个因素，明晰结构声优化题和可能的发展方向。的设计方向，但解析法只适用于极少数结构几何1辐射噪声预测方法研究现状与存形状简单和边界条件简单的实体。现实中的设备在的问题与装备，往往零部件多、结构复杂，运行工况多变，需采用数值方法求解声辐射。数值方法的基本思目前结构声辐射预测的主要数值计算方法有想是将复杂结构离散为小的单元，将振动与声辐有限元法、边界元法、波叠加法、无限元法以及统射的方程转化为矩阵运算，然后利用各种数值处计能量法，

4、这些方法的特点和存在的问题如下。理方法求取有关声场量的值。目前预测结构声辐1．1有限元法射的数值计算方法主要有有限元法、边界元法、波由于有限元技术处理问题的灵活性，它也在叠加法、无限元法以及统计能量法。这些方法各声辐射问题的分析和计算中得到应用。有限元方有千秋，在计算自由场的声辐射问题时，各有其局法应用在声场数值求解中是通过结构域和流体介限性。质的离散化进行的，以Helmhohz方程为基础结合辐射噪声预测的主要目的是为了进行噪声控边界条件，对声场进行代数求解。1966年，Glad．制，对已经生产的产品只能通过被动或主动的噪well等人⋯提出了声场能量公式

5、，开创了有限元声控制技术来抑制结构声辐射，而在产品设计阶法在声学领域应用的先例。随后，很多学者也研段进行辐射噪声预测，可通过进一步的声优化设究了有限元法在声学领域的应用。因为有限元方计，降低其辐射噪声。声优化设计不仅要求前期法可以求解复杂流场、温度场等梯度变化对声传的辐射噪声预测准确，还要分析结构的声辐射灵播的影响，其在解决封闭空间的声场计算、无限长管道的声场计算方面都具有相当的优势。但是，有限元法在声辐射计算中也存在缺陷，收稿日期：2015—11—19修回日期：2015—12—02有限元法是全局域的数值方法，需要对整个求解第一作者简介：向阳(1962一

6、)，女，博士，教授域进行网格离散，变量插值，自由度庞大。在求解研究方向：振动与噪声控制技术，动力机械的监测诊自由场的声辐射问题时，由于辐射声场的网格区断技术域不能无限大，必须对求解域进行截断，人为地确E-mall：yxiang@whut．edu．cn定边界上的阻抗条件，这势必产生网格单元截断71向阳：辐射噪声预报与结构声优化的研究现状与发展船海工程第45卷误差而带来的误差。所以有限元法通常适用于求应用于航空发动机的辐射噪声计算问题。还解内声场问题，在自由场声辐射预测问题上遇到有很多国内外学者对其进行了更深入的研究。瓶颈。该方法存在的问题是，等效源的选择及

7、等效1．2边界元法源的位置均会对计算精度产生影响，如何进行选边界元法广泛应用于计算结构声辐射，1982择还未形成成熟的规则。若使用单极子或偶极子年，Koopmann等提出了基于Helmholtz积分，计算作为等效源，将在各自的特征频率处出现非唯一机械设备声辐射功率的方法j。随后，Seybert性问题，使用三极子可从理论上克服非唯一性问等讨论了在边界域上实现Helmhohz积分方程题。除此之外，声场的计算精度受等效源位置的的数值计算。他们通过引人一种等参单元公式，影响较大，多数学者的研究认为，结构内部的等效实现结构表面几何形状和辐射体表面的声学变量源所在位

8、置形状应与结构表面形状共形_1，这种在局部坐标系中通过二次形函数表达。后来更多情