论文题目: 基于波叠加方法的声全息技术与声学灵敏度分析
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 于飞
导师: 陈心昭
关键词: 声源识别,噪声控制,声全息,声学灵敏度,低噪声设计,波叠加方法,逆问题,正则化滤波,声场分离
文献来源: 合肥工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文围绕产品噪声测量与控制这一日益受到关注的课题,开展了关于近场声全息技术(NAH)和声学灵敏度分析方面的研究。近场声全息技术,诞生于20世纪80年代初,通过在辐射体的近场测量声压数据可以重建和预测出整个三维空间声场的声学量,如声压、质点振速、声强以及远场指向性等。因其具有此优点,近场声全息技术迅速地成为一种声源识别和声场可视化的强有力工具。在过去的二十多年中,该技术也取得了很大的发展,形成的全息变换算法主要有:空间声场变换(STSF)、边界元方法(BEM)和Helmholtz方程最小二乘法(HELS)。本文在实现和改进基于STSF方法的NAH技术基础上,提出了空间声场分离技术,为克服BEM和HELS方法的缺点,提出可应用于内、外声辐射问题分析的基于波叠加方法(WSA)的NAH技术。而在声学灵敏度分析方面,本文通过对波叠加公式进行关于设计变量的求导,提出基于波叠加方法的三维声学灵敏度分析。每章内容简要概括如下: 第一章回顾近场声全息技术和声学灵敏度分析的发展历史,分析了二者的研究现状和存在的问题,在此基础上提出了这些问题的解决途径,确定了本文的主要研究内容。 第二章实现基于STSF的近场声全息技术,解决该技术中的若干关键问题。采用特殊函数和分离变量法推导出平面、柱面和球面NAH技术的理论公式,并讨论它们的数值实现算法,以及全息重建过程中的误差传递。最后,进行扫描全息测量的实验验证工作,提出一种不需要先验或后验知识的截止波数选取方法。 第三章提出空间声场分离技术,拓宽基于STSF的近场声全息技术的使用范围。从近场声全息原理出发,利用声波沿不同方向传播的特点,针对平面、柱面和球面全息测量建立了波数域内的声场分离公式。利用声场分离技术分离后的全息声压,可以不受背景干扰地重建目标源面上和声场中的声学参量。 第四章给出声辐射问题的声学基础和定解问题描述,推导出边界Helmholtz积分方程,随后给出了边界Helmholtz积分方程的离散化形式——边界元方法,以及在离散化实施过程中存在的问题和相应的处理方法。在此基础上,推导出波叠加方法的基本公式,论证了波叠加方法和边界元方法之间的等价性关系,最后给出波叠加方法的实施过程和精度分析。 第五章提出了基于波叠加方法的近场声全息技术。依据波叠加积分公式,通过离散化连续虚源方法来改进简单源替代方法,并引入混合层势理论,建立了一种稳健的全波数空间声场重构技术。研究声全息重建过程中的不适定性问题,以及相应的正则化策略。通过典型算例和实验验证了理论分析的正确性,并研究了声源频率及虚源位置等对重构精度的影响。
论文目录:
摘要
Abstract
致谢
目录
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表格清单
第一章 绪论
1．1 声全息技术的研究进展
1．1．1 传统声全息技术
1．1．2 近场声全息技术
1．2 NAH的研究进展与分析
1．2．1 基于空间声场变换(STSF)的NAH
1．2．2 基于边界元方法(BEM)的NAH
1．2．3 基于Helmholtz方程最小二乘法(HELS)的NAH
1．2．4 全息测量方法和测量系统
1．2．5 NAH中仍存在的问题与对策
1．3 声学灵敏度分析
1．4 本文主要研究内容
第二章 基于 STSF的近场声全息技术研究
2．1 平面NAH变换研究
2．1．1 平面NAH技术的理论背景
2．1．2 G算子和波数域滤波
2．1．3 参数选取和仿真模拟分析
2．2 柱面NAH的研究
2．2．1 柱面NAH的理论背景
2．2．2 柱面NAH的数值实现
2．2．3 仿真模拟分析
2．2．4 误差分析与滤波处理
2．3 球面NAH的研究
2．3．1 球面NAH的理论背景
2．3．2 实现算法与误差分析
2．3．3 仿真算例与分析
2．4 NAH的实验研究
2．4．1 理论背景
2．4．2 实验测量
2．4．3 分析处理
2．5 本章小结
第三章 空间声场分离技术与及其应用
3．1 平面声场分离技术
3．1．1 双平面声场分离技术
3．1．2 数值仿真分析
3．1．3 单平面声场分离技术
3．1．4 数值仿真分析
3．2 柱面声场分离技术
3．2．1 双柱面声场分离技术
3．2．2 单柱面声场分离技术
3．2．3 数值仿真分析
3．3 球面声场分离技术
3．3．1 双球面声场分离技术
3．3．2 单球面声场分离技术
3．4 声场分离技术的实验研究
3．4．1 实验数据测量
3．4．2 实验数据处理
3．5 本章小结
第四章 振动体声辐射计算的波叠加方法
4．1 振动声辐射问题的声学基础
4．2 振动声辐射问题的求解
4．2．1 边界积分公式
4．2．2 边界Helmholtz积分方程
4．3 振动声辐射计算的边界元方法
4．4 振动声辐射计算的波叠加方法
4．4．1 波叠加积分方程
4．4．2 数值实现
4．4．3 数值计算误差分析
4．5 本章小结
第五章 基于波叠加方法的声全息技术
5．1 简单源替代的波叠加方法
5．1．1 简单源替代波叠加方法实现的声全息理论
5．1．2 数值仿真算例
5．2 全息重建问题的不适定性与正则化技术
5．2．1 全息重建问题的不适定性
5．2．2 全息过程中的正则化技术
5．2．3 实验验证
5．3 解的非唯一性处理与参数选取原则
5．3．1 解的非唯一性问题
5．3．3 数值实现
5．3．3 数值算例与分析
5．3．3．1 克服非唯一性
5．3．3．2 全息重建的稳健性
5．3．3．3 影响重建精度的若干因素
5．4 长宽高比例较大声源的实验验证
5．5 本章小结
第六章 腔体内三维声场的全息重建与预测
6．1 腔体内声场的波叠加积分表示
6．1．1 腔内声场的Heloholtz积分方程
6．1．2 腔内声场的波叠加积分方程
6．2 基于波叠加方法的腔内声全息技术
6．3 仿真算例分析
6．3．1 仿真算例分析
6．3．2 重建精度的若干影响因素
6．4 本章小结
第七章 基于波叠加方法的声学灵敏度分析
7．1 基于边界元方法的声学灵敏度分析
7．1．1 声学灵敏度计算的理论公式
7．1．2 声学灵敏度计算的实现算法
7．2 基于波叠加方法的声学灵敏度分析
7．2．1 理论基础与算法实现
7．2．2 数值仿真分析
7．3 本章小结
第八章 全文总结及展望
参考文献
作者在攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2006-01-13
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标签：声源识别论文; 噪声控制论文; 声全息论文; 声学灵敏度论文; 低噪声设计论文; 波叠加方法论文; 逆问题论文; 正则化滤波论文; 声场分离论文;