振动梁的体积位移及声辐射灵敏度研究

论文摘要

近年来，中低频噪声控制逐渐成为具有挑战的研究课题，目前业界普遍认为有源结构声学控制(Active Structure Acoustic Control，ASAC)是解决这一难题的最有效的方法。它的优点是在中低频率时，能够更有效地控制结构声辐射。在有源结构声学控制系统中，误差传感策略是其中关键的一环，而抵消体积位移法是一种有效的误差传感策略。为求取任意边界振动梁体积位移，本文提出一种新型振动梁的体积位移传感器设计方法。基于ADM(Adomian decomposition method，简称ADM)以及一些的数学运算，求出任意边界梁的结构模态形状二阶空间导数的闭环级数解，通过模态法设计出特殊形状的PVDF(polyvinylidence fluioride)传感器，使PVDF输出信号为所需要的振动梁体积位移。以悬臂梁为例，采用一组PVDF阵列测量了其局部体积位移。在悬臂梁局部表面粘贴一组相同形状的矩形PVDF薄膜作为传感器，通过设计这组PVDF输出的加权系数，得到悬臂梁的局部体积位移。同时PVDF传感器的加权系数与激励力类型、幅值和位置无关。为研究振动梁的声辐射灵敏度，利用声辐射模态模型处理声辐射环节,将振速用声辐射模态展开,把求解声功率灵敏度问题转化成求解结构振速对设计变量求导的问题，接着利用有限元振动模型处理结构振动环节,求取结构振速响应，最终将结构的声辐射灵敏度问题转化成求解结构刚度矩阵、阻尼矩阵与质量矩阵的灵敏度问题。为对低频PVDF传感器阵列测量振动梁体积位移进行实验验证，选取悬臂梁的体积位移进行测量，并将PVDF测量结果与加速度计测量得到的精确值进行比较。实验结果表明，利用PVDF作为误差传感器来测量振动梁体积位移是完全可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 有源结构声学控制（ASAC）
• 1.3 体积位移的研究概况
• 1.4 结构声学设计灵敏度
• 1.5 本文的研究内容
• 第二章 用ADM方法求取振动梁体积位移
• 2.1 基本理论
• 2.2 用 ADM 方法求结构模态及其二阶导数
• 2.3 数值分析
• 2.3.1 传感器形状多样性
• 2.3.2 验证传感器形状的可行性
• 2.4 结论
• 第三章 通过阵列传感器获取振动梁体积位移
• 3.1 PVDF 传感器阵列的设计
• 3.2 PVDF 传感器阵列在悬臂梁上的应用
• 3.2.1 加权系数
• 3.2.2 影响体积位移的因素
• 3.3 本章小结
• 第四章 振动梁的声辐射灵敏度
• 4.1 声辐射模态模型
• 4.2 结构振动的有限元分析
• 4.3 振动梁的有限元元分析
• 4.3.1 梁的基本公式
• 4.3.2 单元位移模式
• 4.3.3 单元应变与应力
• 4.3.4 单元刚度矩阵
• 4.4 数值分析
• 4.4.1 频率对声辐射灵敏度影响
• 4.4.2 厚度对声辐射灵敏度影响
• 4.5 结论
• 第五章 体积位移实验研究
• 5.1 实验设计
• 5.1.1 实验目的
• 5.1.2 实验仪器及设备
• 5.1.3 实验装置台架
• 5.1.4 实验材料
• 5.2 悬臂梁的体积位移测量
• 5.2.1 本实验软件系统所采用的传函分析方法
• 5.2.2 通过加速度计测量悬臂梁整体体积位移
• 5.2.3 通过 PVDF 传感器测量悬臂梁局部体积位移
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况
• 致谢