抗值為無(wú)窮小的純虛數(shù)。該樣聲波在 傳播到禪合區(qū)域時(shí)將會(huì)穿過(guò)此區(qū)域，不會(huì)反射，也沒(méi)有聲壓損失。
[0051] (2)選擇每個(gè)聲場(chǎng)的聲壓函數(shù)
[0052] 聲壓函數(shù)通常由容許函數(shù)和歸一化坐標(biāo)兩部分構(gòu)成，需要滿足在求解區(qū)域和界面 上其一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)。目前工程上應(yīng)用的該類函數(shù)有改進(jìn)的傅立葉級(jí)數(shù)和幕級(jí)數(shù)，采用正交 多項(xiàng)式級(jí)數(shù)作為聲壓函數(shù)的較少。本發(fā)明采用的是正交多項(xiàng)式級(jí)數(shù)中的第一類化ebyshev 正交多項(xiàng)式級(jí)數(shù)形式。
[0053] (3)通過(guò)能量變分方法得到禪合聲場(chǎng)特性方程，進(jìn)而得到禪合聲場(chǎng)聲學(xué)特性信息。
[0054] 禪合聲場(chǎng)聲學(xué)特性信息包括聲學(xué)空間的頻率和模態(tài)等信息。
[0055] 結(jié)合圖2,得到禪合聲場(chǎng)特性方程時(shí)首先應(yīng)確定每個(gè)聲場(chǎng)的特性方程。對(duì)聲場(chǎng)1的 特性方程的確定可W從其拉格朗日泛函開始，其表達(dá)式為：
[0056] k=Ui_Ti(1)
[0057]其中Ui和T1分別為聲場(chǎng)1的勢(shì)能和動(dòng)能，
[0058] 巧二/知K(2) 之P〇Cqy!
[0059] 邸,,戶K。） 厶/V!
[0060] 該里《為系統(tǒng)圓頻率，P。和c。為聲場(chǎng)介質(zhì)的質(zhì)量密度和聲速，V巧聲場(chǎng)1的體 積，P巧聲場(chǎng)1的聲壓，為聲場(chǎng)1的聲壓梯度，下標(biāo)1 = 1和2,分別表示與聲場(chǎng)1和聲 場(chǎng)2相關(guān)。令拉格朗日泛函對(duì)聲場(chǎng)聲壓函數(shù)的歸一化坐標(biāo)Pi的導(dǎo)數(shù)等于零，可W得到聲場(chǎng) 1的聲學(xué)特性方程，其矩陣表達(dá)形式為：
[0061] 化i-?2Mi)Pi=〇 (4)
[006引其中Ki和M1分別為聲場(chǎng)1的剛度矩陣與質(zhì)量矩陣。
[0063] 結(jié)合圖2,在確定每個(gè)聲場(chǎng)的特性方程后，需要由禪合界面能量表達(dá)式確定總的禪 合剛度矩陣?？偟亩U合剛度矩陣是由W下步驟確定的：
[0064] 1)在壁面阻抗為Z，aii的禪合界面上建立邊界條件方程，其表達(dá)式為： dp . P ,C、
[00巧] 手二-J田的 執(zhí)？ Z"。"
[0066] 該里，_7' = ^/^:虛數(shù)單位，n指示聲場(chǎng)禪合壁面的法線方向。
[0067] 2)在禪合界面上建立質(zhì)點(diǎn)振速連續(xù)性方程。設(shè)在禪合區(qū)域，Pi所指方向?yàn)檎?，?么總的聲壓可W寫為Ap= (P1-P2)。于是在禪合界面上，其質(zhì)點(diǎn)振速表達(dá)式為； 1 dAp . ^.
[0068] ?"=- -;--- '/(W,
[0069] 3)確定禪合界面能量表達(dá)式。由式（5)和式化），禪合界面能量表達(dá)式可W寫為：
[0070] Wc=-\^ (尊把（1) i(江P。on
[0071] 4)確定總體禪合剛度矩陣。令禪合界面能量表達(dá)式（7)對(duì)聲場(chǎng)聲壓函數(shù)的歸一化 坐標(biāo)Pi的導(dǎo)數(shù)等于零，得到禪合聲場(chǎng)總體禪合剛度矩陣K。；
[007引結(jié)合圖2,對(duì)每個(gè)聲場(chǎng)的質(zhì)量矩陣Ml、剛度矩陣KiW及總體禪合剛度矩陣K。分別 進(jìn)行排列，形成禪合聲學(xué)空間的總體質(zhì)量矩陣和剛度矩陣，建立禪合聲學(xué)空間聲場(chǎng)特性方 程；
[0073] (K-?'M)P= 0〇 做
[0074] 該里K和M分別為整個(gè)聲學(xué)空間的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，其具體形式為：
[0075] K=節(jié)+Kc，M= ^ ，P為全局歸一化坐標(biāo)向量，P=化，P2]t。
[0076] 根據(jù)禪合聲學(xué)空間聲場(chǎng)特性方程巧），就可W很容易地得到禪合聲場(chǎng)固有頻率和 聲場(chǎng)聲壓的歸一化坐標(biāo)，將歸一化坐標(biāo)代入到聲壓函數(shù)表達(dá)式中即可得到聲壓模態(tài)。
[0077] 圖3是本發(fā)明的驗(yàn)證算例示意圖，參照W上=個(gè)步驟，對(duì)該禪合聲場(chǎng)聲學(xué)特性問(wèn) 題進(jìn)行了分析，包括固有頻率和聲壓模態(tài)，并將本發(fā)明預(yù)測(cè)結(jié)果與有限元仿真結(jié)果進(jìn)行了 比較，如圖5所示。L型禪合聲場(chǎng)由聲場(chǎng)1和聲場(chǎng)2構(gòu)成，具體參數(shù)為；Ld=L,2= 0. 7m，Lyi=L口= 0. 6m，Lzi= 1.Om，L0. 5m，空氣密度p0= 1. 21kg/m3,聲速c〇= 340m/s。 取每個(gè)聲場(chǎng)聲壓容許函數(shù)=個(gè)方向的化ebyshev正交多項(xiàng)式級(jí)數(shù)的截?cái)鄶?shù)分別為7-7-7， 10-10-10 和 12-12-12。
[0078] 應(yīng)用本發(fā)明預(yù)報(bào)的系統(tǒng)固有頻率結(jié)果與AnsysAcoustic30單元仿真結(jié)果比較如 圖5所示?？蒞看到，本發(fā)明預(yù)測(cè)結(jié)果具有較快的收斂速度。對(duì)L型禪合聲場(chǎng)的模態(tài)分析 如圖4所示，其中，圖4(a)~圖4(d)所示模態(tài)分別為L(zhǎng)型聲場(chǎng)第2階~第5階模態(tài)，對(duì)應(yīng) 的Ansys仿真模態(tài)結(jié)果在圖4(e)~圖4化）中給出。通過(guò)本發(fā)明在W上例子的實(shí)施結(jié)果可 W看出，本發(fā)明可用于禪合聲場(chǎng)問(wèn)題的求解預(yù)報(bào)和聲學(xué)特性分析。新發(fā)明的方法對(duì)禪合聲 場(chǎng)聲學(xué)特性問(wèn)題的預(yù)測(cè)結(jié)果與Ansys仿真結(jié)果吻合良好，驗(yàn)證了本發(fā)明在禪合聲場(chǎng)聲學(xué)特 性預(yù)報(bào)方面的正確性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種耦合聲場(chǎng)的聲學(xué)耦合方法，其特征在于：包括以下幾個(gè)步驟， 步驟一：設(shè)置兩耦合聲場(chǎng)的耦合界面阻抗，兩耦合聲場(chǎng)為聲場(chǎng)1和聲場(chǎng)2,聲場(chǎng)1和聲 場(chǎng)2通過(guò)親合界面親合； 步驟二：選擇每個(gè)聲場(chǎng)的聲壓函數(shù)，依據(jù)變分方法確定每個(gè)聲場(chǎng)的拉格朗日泛函； 步驟三：確定兩個(gè)親合聲場(chǎng)的親合能量； 步驟四：確定耦合聲學(xué)空間耦合界面的耦合剛度矩陣和對(duì)應(yīng)于每個(gè)聲場(chǎng)的剛度矩陣和 質(zhì)量矩陣； 步驟五：根據(jù)兩個(gè)聲場(chǎng)的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣以及耦合剛度矩陣進(jìn)行組合，確定耦合 聲場(chǎng)特性方程，得到耦合聲場(chǎng)聲學(xué)預(yù)報(bào)信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合聲場(chǎng)的聲學(xué)耦合方法，其特征在于：所述的每個(gè)聲 場(chǎng)的拉格朗日泛函為： 其中仏和T身別為聲場(chǎng)的勢(shì)能和動(dòng)能，下標(biāo)1 = 1和2,分別表示聲場(chǎng)1和聲場(chǎng)2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合聲場(chǎng)的聲學(xué)耦合方法，其特征在于：所述的兩個(gè)耦 合聲場(chǎng)的耦合能量為：其中P〇為聲場(chǎng)介質(zhì)密度，w為圓頻率，S為耦合界面面積，n為耦合界面外法線方向，Ap為耦合界面上的總聲壓。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合聲場(chǎng)的聲學(xué)耦合方法，其特征在于：所述的耦合界 面的耦合剛度矩陣的求取方法為： 步驟一：在壁面阻抗為Zwall的耦合界面上建立邊界條件方程：其中，n指示聲場(chǎng)耦合壁面的法線方向； 步驟二：確定親合界面上質(zhì)點(diǎn)振速為：其中Pi所指方向?yàn)檎?，總聲壓為Ap= (pfp2); 步驟三：確定親合界面能量：步驟四：令耦合界面能量表達(dá)式對(duì)聲場(chǎng)聲壓函數(shù)的歸一化坐標(biāo)h的導(dǎo)數(shù)等于零，得到 耦合聲場(chǎng)總體耦合剛度矩陣K。。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合聲場(chǎng)的聲學(xué)耦合方法，其特征在于：所述的耦合聲 場(chǎng)特性方程為：其中Ki為聲場(chǎng)1的剛度矩陣，M i為聲場(chǎng)1的質(zhì)量矩陣，P i為聲場(chǎng)1的聲壓函數(shù)歸一化 坐標(biāo)，分別K2為聲場(chǎng)2的剛度矩陣，M2為聲場(chǎng)2的質(zhì)量矩陣，P2為聲場(chǎng)2的聲壓函數(shù)歸一化 坐標(biāo)，K。為總體耦合剛度矩陣。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耦合聲場(chǎng)的聲學(xué)耦合方法，設(shè)置兩耦合聲場(chǎng)的耦合界面阻抗；選擇每個(gè)聲場(chǎng)的聲壓函數(shù)，依據(jù)變分方法確定每個(gè)聲場(chǎng)的拉格朗日泛函；確定兩個(gè)耦合聲場(chǎng)的耦合能量；確定耦合聲學(xué)空間耦合界面的耦合剛度矩陣和對(duì)應(yīng)于每個(gè)聲場(chǎng)的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣；根據(jù)兩個(gè)聲場(chǎng)的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣以及耦合剛度矩陣進(jìn)行組合，確定耦合聲場(chǎng)特性方程，得到耦合聲場(chǎng)聲學(xué)預(yù)報(bào)信息。本發(fā)明具有預(yù)測(cè)結(jié)果收斂快速、計(jì)算所需資源少的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H04R3/00
【公開號(hào)】CN104918184
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510175543
【發(fā)明人】靳國(guó)永, 陳躍華, 馬相龍, 石雙霞, 張春雨, 劉志剛
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日