圆柱壳全频段声振特性研究,指导老师：张亚辉老师,杨文健,2015.12.26,该论文的主要内容有：,基于解析法软件的圆柱壳中低频段声振响应分析基于VA One的圆柱壳全频段声振响应分析对未来的工作展望,1.基于解析法软件的圆柱壳中低频段声振响应分析,解析法软件理论基础 解析法求解单、双层圆柱壳振动与声辐射响应的主要原理 解析法求解单、双层圆柱壳固有频率的主要原理 基于Matlab 平台的软件制作方法简介 解析法软件正确性的验证,解析法求解单、双层圆柱壳振动与声辐射响应的主要原理, = 2 (1 2 ) ,解析法求解单、双层圆柱壳固有频率的主要原理,将圆柱壳运动方程中的力激励项去掉，求剩下项的行列式等于0时的频率值。由于该方程组是超越方程所以只能搜索求得方程的解。具体方法:逐个搜索每个频率，如果搜索到的频率的行列式值与下一个频率的行列式值反号，则表示搜索到的频率的行列式值近似为零，取该频率为固有频率。,基于Matlab平台的软件制作方法简介,在Matlab平台上开发软件界面通常分为三个部分：软件静态界面制作、内核程序编写和程序封装。 软件静态界面制作 静态界面的制作就是在空白的GUI模板上加入各种空间的过程，一般来说添加控件有2种方法： 1. 基于GUI的方法：简单说就是手动在图形窗口的所需的位置上添加所需大小的控件，并且双击控件出现属性菜单，手动设置控件的属性值。 2. 基于命令行的方式：通过直接在M文件中编写添加控件的程序代码 来完成静态界面的制作。命令格式为： H为uicontrol(hfig,属性名，属性值，)H为创建对象的句柄值，简单理解就是控件的代号Hfig为某个图形窗口的句柄值,软件内核程序编写静态界面制作完成后，就要编写动态程序，通俗的说，就是编写控件对应的响应函数，也就是在原来无界面的程序的基础上进行修改，添加一些控制语句来配合界面控件的操作，从而实现界面的功能。每一个控件都对应有一个响应函数，当用户在界面上对某个控件进行操作时，matlab就会调用其响应函数。 将程序封装成exe文件软件的外观和内核程序代码制作好以后，就要将这些内在外在都封装到一个exe文件中，方便提交用户使用。封装的步骤如下:1.首先需要配置自己的Matlab Compiler, Matlab Compiler的作用是将程序编译成为机器可以直接执行的程序。 配置Compiler的方法是在Matlab命令窗口输入:mbuild一setup按提示选择matlab自带编译器LCCo2.用编译器编译所有文件 在matlab环境中编译文件，命令是: mcc -m main funl fun2funn其中main为主函数，funl到funn是子函数。执行完毕后，在MATLAB的CurrentDirectory目录下，会生成封装后的exe文件，至此，软件就制作成功了。,解析法软件正确性的验证,选取单层环肋圆柱壳为计算模型：,单双层圆柱壳声振试验,实验模型,三种方法结果对比验证,将数值法、实验法的结果与解析法软件计算的结果进行对比：,由均方振速曲线可以看出，解析法和数值法计算结果趋势基本相同，峰值位置、大小接近。在150Hz-500Hz，两种计算方法吻合的较好，峰值位置出现较小的偏移;在500Hz-1000Hz，解析法计算结果曲线整体向左偏移，数值略大。由辐射声功率曲线可以看出，解析法和数值法吻合的较好。在150Hz-500Hz 两条曲线基本重合;在500Hz-1000Hz，两条曲线峰值位置出现偏移。由加速度曲线可以看出，在150Hz-500Hz三条曲线吻合的较好;在500Hz-1000Hz，试验结果曲线相对于解析法和数值法出现偏移。,误差来源,解析法误差主要来源： 采用模态叠加法进行求解，模态截断及忽略模态间的耦合都会使得计算结果出现误差。边界元方法误差主要来源： 网格划分、积分奇异性的处理。,固有频率计算结果对比,本程序计算结果与数值法在模态阶数较低时固有频率吻合情况较好，模态阶数升高后，数值法结果略有偏高。,本章小结,介绍了解析法的基本原理 在MATLAB平台上开发软件的过程 将该软件的计算结果与传统数值计算方法和试验数据进行对比，验证了该软件的正确性,2. 基于VA One 的圆柱壳全频段声振响应分析,VA One 理论基础 VA One 的核心功能和简要的操作流程 单双层圆柱壳声振响应全频段算例计算 结构参数对单双层圆柱壳全频段声振响应的影响 VA One 计算结果与解析法的对比 本章小结,VA One 理论基础,有限元方程为：可求得结构各节点的位移,统计能量分析方法,模态密度,模态数,波数,振动偏微分方程,振型函数,频率方程,模态数N(K),模态密度,分离变量法,边界条件,波数空间,单位频率内的模态数,一维杆纵向自由振动微分方程：, 2 , 2 2 2 , 2 =0,分离变量法：,我们可以看到，相邻二阶模态间的波数变化间隔为：= ,模态数()为： = 1 0 d = = ,模态密度为： = d d = ,杆件为两端固支,二维平板横向振动方程为：, 2 2 + + 3 12 1 2 4 = 1 , 2 ,同样的，我们可以通过分离变量法得到振型函数满足的方程：,半径为K的1/4圆面积内模态数目为：,模态密度为： = d d = 2, 4 = 2 = 4 , = 2 4 1 2 2 = 2 4,输入功率,输入功率的求解： 1. 写出运动微分方程。 2. 求出系统的固有频率。 3. 定义输入阻抗= 和导纳= 1 。 4. 求解一个周期内的平均输入功率 = = = 1 2 2 2,统计能量分析主要应用于受随机激励的系统，但这里应强调的一点是，统计能量分析最主要的特征之一是只建立被激励系统的统计模型，不专门对随机激励建立统计模型。,考虑线性弹簧共振子受到一个稳态随机激励的外力：, 2 = + d = + d =2 0 + d,振子的速度响应均方值为： 2 = + d = + 2 d = 2 0 + 2 1+ 2 2 2 d, 2,=2 2 2,那么振子的振动能量为：= 2 = = 4 , = = = 1 2 2 2, = = 2,声振耦合问题中：,声快振动,声慢振动, = = = = 1, = = = = 1, = = = = ,由于有限板的二维性及边界条件产生驻波的影响,内损耗因子, = + + , :结构子系统本身材料内摩擦构成的结构损耗因子 ：结构子系统振动声辐射阻尼形成的损耗因子 ：结构子系统边界连接阻尼构成的损耗因子,模态内损耗因子测量方法,模态内损耗因子测量方法（稳态法） 带均（频带平均）内损耗因子测量方法 现场测量方法,耦合损耗因子,两个共振子间的耦合损耗因子,对任意耦合强度的 , ,的二个振子的动力学方程为：, 1 1 + 1 1 + 1 1 2 2 + 4 2 = 1 2 2 + 2 2 + 2 2 1 1 + 4 1 = 2 , 1 + 1 1 + 1 2 1 + 1 2 2 2 = 1 2 + 2 2 + 2 2 2 + 1 + 1 1 = 2,写成对称的形式, = = , = , = ,= 1 2 ,= 4 1 2 ,= 1 2 ,