[发明专利]一种连续弹性体结构振动声辐射大小的快速估计方法

说明书

本发明涉及机械工程领域，公开了一种连续弹性体结构振动声辐射大小的快速估计方法，本发明基于结构有限元模型表面节点的法向振动速度提出了振动特征量——平均法向振动速度级ANVL，可利用ANVL直接估计空间参考点A计权总声压级。首先建立总声压级与ANVL的线性相关关系，具体步骤包括：S1选取结构空间声学参考点，S2根据不同工况下的结构振动响应计算参考点A计权总声压级和声辐射效率曲线，S3计算不同工况下结构的ANVL值，S4构建ANVL值与总声压级的线性拟合表达式；然后借助该线性拟合表达式，对同类结构可直接利用振动特征量ANVL快速估计参考点总声压级。利用本发明，可以快速估计连续弹性体在不同工况下的总声压级，为连续弹性体的结构声辐射估计和评价提供重要基础。

技术领域

本发明涉及机械工程领域，具体涉及一种连续弹性体结构振动声辐射大小的快速估计方法。

背景技术

机械结构振动推动周围空气振动，人耳对空气振动的感受便是声音。通常，将结构表面振动响应作为Helmholtz方程的边界条件，求解该方程便可得到结构声辐射在空间任意点的声场响应，常用的声场数值求解算法有声场有限元法和边界元法两种，现有商用软件(如Virtual.Lab)可以基于这些算法对任意复杂机械结构的声场响应进行仿真计算。

但是，对大型机械结构系统(如车身)进行声场仿真计算时，声学网格较多，求解非常耗时。本发明提供了一种可以利用结构振动响应量直接估计结构声辐射在空间任意点的A计权总声压级的方法，避免了求解声场波动方程，可有效提高声场响应量的估计效率。

发明内容

本发明意在提供一种连续弹性体结构振动声辐射大小的快速估计方法，以解决求解声场波动方程耗时长，声场响应量的估计效率低的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：一种连续弹性体结构振动声辐射大小的快速估计方法，基于结构有限元模型表面节点的法向振动速度提出了振动特征量。

本发明原理以及有益效果：利用振动特征量直接估计结构声辐射在空间任意点的A计权总声压级的方法，避免了求解声场波动方程，可有效提高声场响应量的估计效率。本发明主要基于以下基本事实，一是任何结构的声辐射效率特性主要取决于结构的表面形状；二是在特定的工程领域，许多产品往往具有十分类似的表面形状，譬如汽车的车门、仪表总成等部件，虽然不同产品的结构细节可能不同，但其外形往往是十分接近的。因此，针对表面形状相近的同类结构，它们具有相近的声辐射效率特性，从而可以事先构建其声辐射与结构表面法向振动速度的关系，于是这类结构在不同动态环境下的声辐射分析或评价就可直接依赖其振动响应分析结果，而不必再计算声场响应，可大大节省工程研发时间。

进一步，振动特征量是结构表面平均法向振动速度级ANVL，其具体表达式如下：

其中，T是结构振动响应历程的时间长度，k是结构表面节点总数，W_ref是用于变量归一化处理的参考能量，V_j是结构表面第j个节点的法向振动速度幅值谱；η(f)是结构的声辐射效率，是声辐射频率f的函数。

本发明原理以及有益效果：针对任意连续弹性体，只要事先构建ANVL与空间参考点声压级之间的线性拟合表达式，都可通过振动特征量ANVL对任意工况下结构声辐射的A计权总声压级进行快速估计。

其主要特征之一在于，采用声辐射频率效率对结构表面法向振动速度能量进行加权修正；主要特征之二在于，为避免有限元网格疏密对特征量大小的影响，对结构表面各节点取平均，得到结构表面节点平均法向振动速度能量；主要特征之三在于，使用参考能量W_ref对变量进行规整处理，经对数变换后，使振动特征量ANVL与参考点声压级大小相近。

进一步，振动特征量ANVL是以声辐射效率为权值系数，对结构表面法向振动速度的均方值进行加权求和，并对表面所有节点取平均，最后以W_ref为参考量进行对数变换得到。