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首页空间傅里叶变换下的柱面声源声学灵敏度计算方法
本文档主要探讨了"基于空间傅里叶变换的柱面结构声学灵敏度分析"这一主题,发表于2013年的《振动与冲击》期刊。声学灵敏度作为一项关键的工程工具,它能够预测空间声学量如何随设计变量变化,这对于低噪声设计的优化决策和量化评估具有重要意义。作者们针对柱状声源的外部声场,提出了一种创新的声灵敏度计算方法,这种方法利用了空间傅里叶变换这一高级数学技术。 在研究过程中,作者假设已经知道振速及其对应于设计变量的导数。他们开发出了一个公式,可以用来计算空间任一点的声学特性(如声压、声强等)对于声源结构参数(如直径、高度、材料属性等)以及其它设计变量的敏感性。空间傅里叶变换的应用显著提高了算法的计算效率和稳定性,使得分析过程更为高效且准确。 值得注意的是,这种方法是基于傅里叶变换原理,这是一种将时域信号转换到频域的技术,对于处理周期性或可展变为周期函数的问题特别有效。在声学领域,空间傅里叶变换能够将复杂的声波问题简化,便于解析求解,因此在声学敏感性分析中扮演了核心角色。 论文还展示了通过数值仿真验证了这一计算方法的有效性和正确性,这进一步证实了其在实际工程设计中的实用价值。研究的关键词包括柱面结构、空间傅里叶变换、声辐射和声学灵敏度,表明了文章的核心研究内容和应用领域。 这篇文章为柱状声源的声学设计提供了有力的理论支持,尤其是在噪声控制和优化方面,具有很高的学术价值和实际指导意义。通过空间傅里叶变换技术,工程师们可以更准确地预测和控制声学效果,从而实现低噪声设计目标。
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振 动 与 冲 击
第 32卷第 23期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK Vol.32No.232013
基金项目:国家自然科学基金资助(11004045)
收稿日期:2012-10-17 修改稿收到日期:2013-01-07
第一作者 陈 剑 男,博士,教授,1962年生
基于空间傅里叶变换的柱面结构声学灵敏度分析
陈 剑,陈立涛,张炳荣
(合肥工业大学 噪声振动工程研究所,合肥 230009)
摘 要:
声学灵敏度可以用于预测空间声学量随设计变量的变化情况,为低噪声设计提供优化方向和量化依据,
对其进行研究具有重要意义。在空间傅里叶变换的基础上,提出一种用于柱状声源外部声场的声灵敏度计算方法,在已
知振速及其对设计变量导数基础上,给出了可用于计算空间任意点的声学量关于声源的结构参数、材料特性等设计变量
的灵敏度分析公式。而且空间傅里叶变换的引入,使得文中算法具有计算速度快、稳定性好的优势。数值仿真的结果证
明了该方法的正确性和有效性。
关键词:柱面结构;空间傅里叶变换;声辐射;声学灵敏度
中图分类号:TB532 文献标识码:A
AcousticsensitivityanalysisforcylindricalradiatorsbasedonspatialFouriertransformation
CHENJian,CHENLitao,ZHANGBingrong
(InstituteofSoundandVibrationResearch,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)
Abstract: Acousticsensitivityissignificantbecauseitcanbeusedtoprovideanoptimalorientationforlownoise
designofradiatingstructures.Here,analysisequationswerepresentedforacousticsensitivityanalysisofcylindrical
radiatorsbasedonspatialFouriertransformation.Withthepresentedmethod
,thesensitivityofacousticquantitiesto
designvariables,suchas,structuralparametersorphysicalpropertiescouldbecalculated.Becauseofusingspatial
Fouriertransformation,theproposedmethodhadahighcomputationalefficiency.Itsvaliditywasverifiedwithnumerical
simulationsofinfiniteandfinitelengthcylinders.
Keywords:cylindricalradiator;spatialFouriertransformation;acousticradiation;acousticsensitivity
解决产品噪声辐射问题的根本途径是在设计阶段
减小噪声源的声辐射。对声源本身参数进行优化,使
声辐射达到最小是控制噪声源声辐射的一种重要方
法。但如何对产品结构几何参数和材料的物理属性进
行修改,以达到预期的噪声水平,这就需要对辐射体进
行量化的声学灵敏度分析,从而为产品设计提供优化
方向,达到降噪的目的。
近年来,声学灵敏度分析吸引了越来越多学者的关
注。
Ma等
[1]
提出了基于有限元法的灵敏度分析方法;
Smith和 Koo等
[2-3]
基于边界元法推导出了声学灵敏度
计算公式;Kim等
[4]
将有限元和边界元法结合起来提出
了结构—声学耦合灵敏度分析;Cheng等
[5]
提出了基于
多域边界元的声学频率灵敏度分析;Zheng等
[6]
将快速
多级边界元应用于声学形状灵敏度分析中;张永斌等
[7]
提出了基于傅里叶变换的平面声学灵敏度分析。
针对工程应用中常见的压缩机、电动机、管道等柱
状和类柱状噪声源,其声辐射研究已经开展起来。商
德江等
[8]
和石焕文等
[9]
使用有限元和边界元软件对圆
柱壳结构的声辐射进行了数值计算;
Johnson等
[10]
基于
有限元和边界元法对复合材料柱壳结构进行了声学优
化研究;倪樵等
[11]
利用有限元和边界元法对深水中层
合椭圆柱壳结构声辐射进行了计算;纪刚等
[12]
基于有
限元和边界元法,采用以实测振动数据作为输入对水
下结构振动与辐射噪声进行预报;廖长江等
[13]
采用数
值计算方法对有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射
影响因素进行了研究;殷学文
[14]
应用傅里叶变换技术,
研究了浸在无限流体中的敷设消声瓦的双层加肋圆柱
壳的振动和声辐射;陈美霞等
[15]
应用傅里叶变换方法
推导了有限长加筋双层圆柱壳的环形流场和外流场的
声压表达式。然而,相对于声辐射而言,柱面结构声学
灵敏度方面的研究成果并不多。Denli等
[16]
基于有限
元和边界元对夹芯复合材料进行了声学灵敏度分析和
声学优化设计;刘宝山等
[17]
采用有限元法计算结构振
动,边界元法计算结构的辐射声场,在此基础上推导了
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