一种结构高频机械噪声在线预报方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及噪声预报技术领域，具体为一种结构高频机械噪声在线预报方法。
【背景技术】
[0002] 统计能量分析把研究对象从用随机参数描述的总体中抽取出来，忽略被研究对象 的具体细节，关心的是时域、频域和空间上的统计平均值，方法同时采用了能量的观点，为 解决复杂系统宽带高频动力学问题提供了一个有力工具。
[0003] 统计能量分析可用一基本方程表征，即功率流平衡方程，方程给出了方法基本的 统计思想，也给出了该思想下系统间的输入输出关系。
[0004] 经典统计能量分析理论中，系统载荷为子系统外界输入功率。目前，对于激励源输 入功率的获取在实验室环境下有一定精度，但也仅仅局限于点源激励。对于工程实际结构， 由于受激状况复杂、形式多样，可能是点激励、线激励及面激励，且物理、化学及声振环境恶 劣，激励设备与结构间通常没有传感器安装条件，导致受激结构功率输入情况无法获取，结 构声振环境预报工作开展遇阻。目前，常用的载荷定义方式主要分为四大类：输入功率、力、 声和约束载荷激励。对于输入功率载荷，可直接利用统计能量分析基本公式完成结构声振 分析。对于力或声激励，则可通过相关公式直接计算得到受激结构输入功率，然后进一步利 用基本公式开展分析计算。而对于约束载荷，其主要包括：加速度、速度及能量等。目前，约 束载荷下结构声振环境预报研究比较成熟，且激励设备安装附近区域振动响应提取相对容 易，较输入功率、力及声载荷应用更为普遍。现有高频声振环境预报技术精度已相当可观， 由于实际模型通常较为复杂，即使现有计算方法耗时较以往有了大幅缩短，但模型求解时 间仍远远超出了在线预报的时效性要求，无法实现结构高频辐射噪声的实时监测。
【发明内容】
[0005] 为解决现有机械噪声预报耗时过长，不能实现在线预报的问题，本发明在经典统 计能量分析原理基础上，提出了一种复杂激励下结构高频机械噪声在线预报方法。
[0006] 本发明的流程框图如图1所示，框图给出了本发明基本分析流程。本发明技术方 案主要包括如下步骤：
[0007] 步骤1 :建立合理有效的约束载荷结构统计能量分析模型。首先，根据统计能量分 析子系统划分基本原则，对模型进行合理的子系统划分。进一步，在子系统划分的基础之 上，获取各子系统间耦合关系。进而，结合各子系统损耗特性得到功率流平衡方程损耗矩 阵。最后，根据实际激励情况在相应子系统施加约束载荷，利用公式
[0008] CN 105184047 A 说明书 2/4 页
[0009] 完成结构约束载荷统计能量分析模型建立，模型包含η个子系统。其中,E1为子系 统i能量响应，i = 1…n，n ^为子系统i与子系统j之间的耦合损耗因子。当j = i时， Hii表不子系统i内损耗因子。
[0010] 步骤2 :获取模型各受激子系统质量数据。在步骤1所建统计能量分析模型中，根 据受激子系统几何及材料参数确定其质量。对于考虑流体负载统计能量分析模型，由于流 体负载作用效果与频率相关，该情形下各受激子系统质量为一频率相关数组。
[0011] 步骤3 :获取模型各受激子系统振动响应数据。步骤1中模型载荷数据为受激子 系统振动响应数据，通过测试获取，一般为加速度数据。利用步骤1载荷数据，根据转换关 系得到子系统平均速度振动响应。
[0012] 步骤4 :获取模型各受激子系统振动能量响应数据。利用公式
[0013] E = mv2
[0014] 将步骤2获取的质量及步骤3获得的速度平方振动响应相乘，得到各受激子系统 能量响应。式中，E、m、V分别为子系统振动能量、质量及速度。
[0015] 步骤5 :获取模型各受激子系统对应辐射声功率能量机械导纳数据。子系统i对应 能量机械导纳，为子系统i单位能量约束载荷，其它受激子系统j零能量约束载荷作用下， 声场福射声功率值。其中，i = 1…r，j = 1···γ且j辛i。采用公式
[0017] 获得各子系统对应辐射声功率能量机械导纳Hnciisf3,式中，Ei, unit= 1，表示子系 统i单位能量约束载荷；Eh ZCT。= 0,表示子系统j零能量约束载荷；户=^#为子系统i单 位激励，子系统j零能量输入条件下结构辐射声功率；Hmim, i为子系统i对应结构辐射声 功率能量机械导纳。
[0018] 步骤6 :完成辐射声功率在线预报。将步骤4中获取的受激子系统振动能量及步 骤5中获取的能量机械导纳数据代入预报公式 CN 105184047 A 说明书 3/4 页
[0020] 计算得到结构辐射声功率，完成预报工作。
[0021] 本发明的有益效果是：本发明以统计能量分析理论为基础，提出了一种在统计能 量分析概念下的机械传递导纳概念-能量机械传递导纳。对于给定的分析系统，其能量传 递矩阵为一常量。本发明利用系统传递导纳不变性实现了结构受激载荷到辐射声功率之间 的快速计算，解决以往算法耗时较长问题，实现了结构机械噪声的快速预报。本发明精度可 观，耗时较短，可应用于在线预报工程实际，有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0022] 图1 :本发明的流程框图；
[0023] 图2 :实施例中双层圆柱壳结构示意图；
[0024] 图3 :实施例中受激子系统载荷数据；
[0025] 图4 :实施例中受激子系统能量机械导纳数据；
[0026] 图5 :实施例中结构辐射声功率预报与测试数据。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合具体实施例描述本发明。
[0028] 本实施例中以两实际设备激励双层圆柱壳体为模型，图2给出了试验测试用结构 示意图，试验中，试件完全浸没于水中，内壳底部受到两激振设备的同时