基于逆邊界元法識(shí)別機(jī)械表面振動(dòng)強(qiáng)度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種振動(dòng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，基于空間Fourier變換和逆變換法的近場(chǎng)聲全息的聲源識(shí)別有實(shí)現(xiàn)過程簡 單，應(yīng)用方便特點(diǎn)，但由于空間Fourier變換和逆變換法只適用于較簡單結(jié)構(gòu)，對(duì)任意形狀 的振動(dòng)結(jié)構(gòu)無法實(shí)施。
[0003] 統(tǒng)計(jì)能量分析法將系統(tǒng)分解為多個(gè)子系統(tǒng)，運(yùn)用能量流關(guān)系式對(duì)復(fù)合的、諧振的 組裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性、振動(dòng)響應(yīng)級(jí)及聲輻射的理論評(píng)估，然而它的分析頻率范圍限制在 高頻，對(duì)低頻效果較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供適用于任意形狀、中低頻振動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)強(qiáng)度預(yù)測(cè) 的基于逆邊界元法識(shí)別機(jī)械表面振動(dòng)強(qiáng)度的方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明基于逆邊界元法識(shí)別機(jī)械表面振動(dòng)強(qiáng)度的方法，其特征是：
[0007] (1)在振動(dòng)聲源福射聲場(chǎng)布置參考傳聲器與傳聲器陣列來測(cè)量福射聲場(chǎng)的場(chǎng)點(diǎn)聲 壓，二者至振動(dòng)聲源的距離小于分析最高頻率對(duì)應(yīng)的波長，參考傳聲器個(gè)數(shù)1-2個(gè)，傳聲器 陣列的測(cè)量場(chǎng)點(diǎn)個(gè)數(shù)滿足一個(gè)聲波波長內(nèi)含有3-5個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量面積大于振動(dòng)聲源正投影 面；
[0008] (2)參考傳聲器與傳聲器陣列測(cè)量得到的聲壓利用互譜法得到傳聲器陣列對(duì)應(yīng)的 測(cè)量場(chǎng)點(diǎn)處頻域上的復(fù)聲壓，該復(fù)聲壓作為求解機(jī)械表面振動(dòng)強(qiáng)度輸入的已知參數(shù)；
[0009] (3)基于逆邊界元法計(jì)算振動(dòng)表面法向振動(dòng)速度：
[0010] 建立動(dòng)表面與測(cè)量點(diǎn)積分方程為
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于逆邊界元法識(shí)別機(jī)械表面振動(dòng)強(qiáng)度的方法，其特征是： (1) 在振動(dòng)聲源福射聲場(chǎng)布置參考傳聲器與傳聲器陣列來測(cè)量福射聲場(chǎng)的場(chǎng)點(diǎn)聲壓， 二者至振動(dòng)聲源的距離小于分析最高頻率對(duì)應(yīng)的波長，參考傳聲器個(gè)數(shù)1-2個(gè)，傳聲器陣 列的測(cè)量場(chǎng)點(diǎn)個(gè)數(shù)滿足一個(gè)聲波波長內(nèi)含有3-5個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量面積大于振動(dòng)聲源正投影 面； (2) 參考傳聲器與傳聲器陣列測(cè)量得到的聲壓利用互譜法得到傳聲器陣列對(duì)應(yīng)的測(cè)量 場(chǎng)點(diǎn)處頻域上的復(fù)聲壓，該復(fù)聲壓作為求解機(jī)械表面振動(dòng)強(qiáng)度輸入的已知參數(shù)； (3) 基于逆邊界元法計(jì)算振動(dòng)表面法向振動(dòng)速度： 建立動(dòng)表面與測(cè)量點(diǎn)積分方程為
其中：c (P)為場(chǎng)點(diǎn)復(fù)聲壓系數(shù)，c (P)括號(hào)內(nèi)P表不福射聲場(chǎng)場(chǎng)點(diǎn)，p (P)為場(chǎng)點(diǎn)復(fù)聲壓， P (Q)、v (Q)"分別為振動(dòng)聲源邊界復(fù)聲壓和邊界法向振動(dòng)速度，Q為振動(dòng)聲源邊界點(diǎn)，基本解
為基本解的法向?qū)?shù)，k為場(chǎng)點(diǎn)聲壓系數(shù)，r為輻射聲場(chǎng)場(chǎng)點(diǎn)P與振動(dòng)聲源邊 界點(diǎn)Q的距離，
，P為空氣密度，ω = 2 π f，振動(dòng)聲源邊界為S，C(P)可表示為
其中：V振動(dòng)聲源輻射聲場(chǎng)，將振動(dòng)聲源邊界s離散
其中η為振動(dòng)聲源邊界S離散后單元數(shù)，|2為高斯積分點(diǎn)，Nk是ξ i、|2的函數(shù)， 角標(biāo)k為單元節(jié)點(diǎn)數(shù)，1為高斯積分取的點(diǎn)數(shù)，J為雅克比； 由此得到場(chǎng)點(diǎn)復(fù)聲壓矩陣Pf與振動(dòng)聲源邊界復(fù)聲壓矩陣P s及邊界法向振動(dòng)速度矩陣 Vn關(guān)系： CPf= HP s+GVn, 其中矩陣C、H、G為系數(shù)矩陣； 為得到振動(dòng)聲源邊界復(fù)聲壓P (Q)及邊界法向振動(dòng)速度V (Q) n關(guān)系，將場(chǎng)P點(diǎn)移到振動(dòng) Ρψ 聲源邊界S上，由于ψ與ι出現(xiàn)奇異，采用廣義極坐標(biāo)變換來消除奇異；設(shè)S離散為三角 an 形單元，將移到邊界單元上的P點(diǎn)作為三角形的頂點(diǎn)，利用極坐標(biāo)變換
? 其中上標(biāo)1、2、3表示以P為頂點(diǎn)的三角形按逆時(shí)針各點(diǎn)編號(hào)，P所在的點(diǎn)上標(biāo)為1，下 標(biāo)1、2三角形各點(diǎn)的兩個(gè)坐標(biāo)，此時(shí)有
其中 此時(shí)1、η2為高斯積分點(diǎn)；由以上關(guān)系得到聲場(chǎng)復(fù) , ， 聲壓與邊界法向振動(dòng)速度關(guān)系 Ps=ATMs-Vn, 其中ATMs為振動(dòng)聲源邊界復(fù)聲壓與邊界法向振動(dòng)速度聲學(xué)的傳遞矩陣，由式CP f= HPs+GVn以及P s= ATM s · Vn得到場(chǎng)點(diǎn)復(fù)聲壓與振動(dòng)邊界法向振動(dòng)速度關(guān)系 Pf= ATMf · Vn, 其中為Pf場(chǎng)點(diǎn)復(fù)聲壓矩陣，ATMf為場(chǎng)點(diǎn)復(fù)聲壓與邊界法向振動(dòng)速度聲學(xué)傳遞矩陣，由 此得邊界法向振動(dòng)速度 Vn = ATM丨· Pi 其中/Γ/'Μ,為傳遞矩陣的逆矩陣，根據(jù)式已=嫌3乂，利用場(chǎng)點(diǎn)復(fù)聲壓計(jì)算得到表面法向振 動(dòng)速度;根據(jù)等式
得到的振動(dòng)聲源法向振動(dòng)速度與邊界聲壓關(guān)系計(jì)算得到邊界聲壓Ps; (4)根據(jù)表面法向振動(dòng)速度計(jì)算振動(dòng)體輻射聲功率 W = / s0. 5re (p (Q) sv (Q) n) ds, 其中re表示邊界聲壓與邊界法相振動(dòng)速度實(shí)部，根據(jù)振動(dòng)機(jī)械輻射聲功率評(píng)判振動(dòng) 強(qiáng)度大小。
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供基于逆邊界元法識(shí)別機(jī)械表面振動(dòng)強(qiáng)度的方法，首先建立振動(dòng)機(jī)械邊界聲壓和邊界法向振動(dòng)速度與場(chǎng)點(diǎn)聲壓的傳遞矩陣，在求解邊界聲壓與邊界法向振動(dòng)速度關(guān)系矩陣時(shí)出現(xiàn)的奇異積分采用廣義極坐標(biāo)變換來消除。利用傳聲器陣列測(cè)得的機(jī)械振動(dòng)輻射聲場(chǎng)復(fù)聲壓作為已知，根據(jù)機(jī)械振動(dòng)邊界聲壓、邊界法向振動(dòng)速度與場(chǎng)點(diǎn)聲壓的傳遞矩陣，重建邊界法相振動(dòng)速度，進(jìn)而獲得邊界聲壓，利用邊界聲壓與邊界法向振動(dòng)速度計(jì)算機(jī)械振動(dòng)輻射聲功率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械表面振動(dòng)強(qiáng)度的預(yù)測(cè)。本發(fā)明利用機(jī)械輻射聲場(chǎng)復(fù)聲壓作為計(jì)算的已知量，避免了直接接觸測(cè)量表面振動(dòng)速度。振動(dòng)機(jī)械形狀沒有限制，可以對(duì)任意形狀機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算。
【IPC分類】G01H1-00
【公開號(hào)】CN104764518
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510146310
【發(fā)明人】肖友洪, 呂國學(xué), 田新娜, 鄭偉, 褚陣豪
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日