基于边界元与有限元耦合模型的消声器传递损失预测
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边界元方法作为求解波动方程数值解的有效算法被广泛应用于建筑设备传送管道的消声器的性能预测和分析,但考虑边界条件的确定方便一般都假设声学腔的边壁是绝对刚性;然而这种假设会为我们的分析带来一些误差。为了克服把消声器的外壳和末端板视为刚体所带来的误差,本文采用边界元方法建立声学系统模型的同时结合由平板型壳元离散弹性壁而建立的壳体结构有限元模型来分析消声器弹性外壳对其消声性能的影响;通过分析两个模型的相容性条件和平衡性条件,实现了结构体和声学的边界元与有限元耦合模型。得到的BEM-FEM耦合模型经实际的数值试验表明具有很高的精度和有效性,特别是耦合模型能有效的揭示出消声器末端板是弹性的情况下在固有频率附近的弹跳现象,弥补了单一的边界元方法不足。最后我们对传统传输矩阵法计算速度慢的缺点进行了改进,在保留其计算四端参数优点的同时,提高了计算消声器传递损失速度。
1 引言 | 第6-8页 |
2 声学腔的边界元模型 | 第8-22页 |
2.1 边界元方法在声学中的应用 | 第8-9页 |
2.2 声学腔的三维声波方程 | 第9-11页 |
2.3 声学腔声场的边界元方程 | 第11-13页 |
2.4 边界积分方程的数值求解 | 第13-18页 |
2.4.1 边界元的选取 | 第13-14页 |
2.4.2 边界积分方程的离散形式 | 第14-15页 |
2.4.3 连续边界元单元的组合算法 | 第15-18页 |
2.5 奇异积分的计算 | 第18-20页 |
2.6 声学腔的边界阻抗 | 第20-22页 |
3 壳体结构的有限元模型 | 第22-38页 |
3.1 有限元法及薄壳单元概述 | 第22-23页 |
3.2 动力学问题的有限元方程 | 第23-26页 |
3.3 动力问题的有限元方程的Laplace变换 | 第26-28页 |
3.3.1 Laplace变换的定义与基本性质 | 第26-27页 |
3.3.2 动力问题的有限元方程的Laplace变换 | 第27-28页 |
3.4 三角形薄板单元的FEM弯曲方程 | 第28-32页 |
3.5 三角形单元的平面应力方程 | 第32-35页 |
3.6 平板型壳元的组合 | 第35-38页 |
4 结构体和声学的BEM-FEM耦合模型 | 第38-43页 |
4.1 结构体和声学的耦合问题概述 | 第38-39页 |
4.2 相容性条件 | 第39页 |
4.3 平衡性条件 | 第39-40页 |
4.4 耦合模型的系统矩阵方程 | 第40-43页 |
5 消声器的消声性能预测 | 第43-52页 |
5.1 消声器消声性能的评价指标 | 第43-44页 |
5.2 计算传递损失的数值方法 | 第44-48页 |
5.2.1 传输矩阵法 | 第44-46页 |
5.2.2 三点法 | 第46-47页 |
5.2.3 改进的传输矩阵法 | 第47-48页 |
5.3 程序设计 | 第48-52页 |
6 数值实验 | 第52-58页 |
6.1 具有刚性壁和末端板的消声器消声性能预测 | 第52-54页 |
6.2 具有弹性壁的消声器消声性能预测 | 第54-58页 |
结论 | 第58-60页 |
致谢 | 第60-61页 |
参考文献 | 第61-64页 |
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