中频声振耦合系统优化技术

《中频声振耦合系统优化技术》详细梳理了声振耦合系统在各个频段内主流分析方法的技术特点，每种方法在中频区段声振响应预测的局限性，以及声振耦合系统优化研究的发展动态；针对中频声振耦合系统，基于统计模态能量分布分析及逐频点模态能量分析理论，开展了一系列关于优化模型构建、灵敏度分析和优化求解策略的研究。建立了结构尺寸优化、局部声场空间优化、结构阻尼材料和声场吸声材料布局优化的数值模型，引入新型灵敏度分析方法和拓扑优化求解技术，确保优化模型的准确性和设计流程的稳定性，最终实现优化问题的稳定、高效求解。本书适合噪声与振动控制领域、多学科优化领域的科研人员、工程师以及研究生阅读。

于洋，现为大连交通大学硕士生导师，主要研究方向为声振耦合系统动力学特性分析、结构与多学科优化理论研究、轨道车辆多物理场耦合特性分析及车体轻量化设计。主持1项国家自然科学基金项目、1项辽宁省教育厅科研基金项目、1项辽宁省高等学校“双一流”建设专项资金项目，参与中车集团下属子公司的横向课题6项。发表SCI/EI论文14篇，其中以第一作者或通信作者发表SCI论文7篇、EI论文2篇，2021年获大连市青年才俊称号。

前言 第1章 绪论1 1.1 声振耦合系统的基本概念及减振降噪的工程意义1 1.2 声振耦合系统的研究方法2 1.2.1 低频声振耦合系统的研究方法3 1.2.2 高频声振耦合系统的研究方法5 1.2.3 中频声振耦合系统的研究方法8 1.3 声振耦合系统优化研究的发展概述10 1.3.1 低频声振耦合系统优化的发展10 1.3.2 中高频声振耦合系统优化的发展13 第2章 统计模态能量分布分析法及中频声振耦合系统尺寸优化15 2.1 引言15 2.2 统计模态能量分布分析基本理论16 2.2.1 模态坐标下的声振耦合方程16 2.2.2 模态能量平衡方程18 2.3 优化列式及灵敏度分析20 2.3.1 优化模型20 2.3.2 灵敏度分析21 2.3.3 优化流程24 2.4 数值计算实例25 2.4.1 薄板与立方体声腔的耦合25 2.4.2 某飞行器整流罩结构与内部声腔的耦合32 2.5 本章小结36 第3章 基于复数变量法的中频声振耦合系统灵敏度分析及优化37 3.1 引言37 3.2 基于复数变量法的中频声振耦合系统的改进灵敏度分析38 3.2.1 复数变量法38 3.2.2 模态信息的灵敏度38 3.3 改进的半解析法在声传递优化中的应用39 3.3.1 声传递问题的能量平衡方程39 3.3.2 声传递优化问题的灵敏度分析41 3.3.3 声振耦合系统的改进半解析灵敏度分析及优化流程42 3.4 数值计算实例43 3.4.1 改进的半解析灵敏度分析技术在板/腔耦合中的应用43 3.4.2 改进的半解析灵敏度分析技术在腔/板/腔耦合中的应用51 3.5 本章小结53 第4章 中频声振耦合系统的局部声场能量优化55 4.1 引言55 4.2 声腔子系统局部声场能量预测56 4.3 声腔子系统内局部区域声场能量的尺寸优化59 4.3.1 优化模型59 4.3.2 灵敏度分析59 4.3.3 局部声场能量的优化流程60 4.4 数值计算实例61 4.4.1 板/腔耦合系统局部声场的能量优化61 4.4.2 汽车乘用室内局部声场的能量优化66 4.5 本章小结70 第5章 中频声振耦合系统黏弹性阻尼材料的布局优化71 5.1 引言71 5.2 考虑黏弹性阻尼效应的统计模态能量分布分析理论72 5.2.1 黏弹性阻尼材料的本构关系72 5.2.2 模态阻尼损耗因子的计算73 5.3 黏弹性阻尼材料的布局优化74 5.3.1 变密度方法及体积守恒的Heaviside函数74 5.3.2 优化模型76 5.3.3 灵敏度分析76 5.3.4 黏弹性阻尼材料布局优化流程77 5.4 数值计算实例78 5.4.1 板/腔耦合系统的黏弹性阻尼材料布局优化78 5.4.2 汽车乘坐室的黏弹性阻尼材料布局优化87 5.5 本章小结90 第6章 中频声振耦合系统多孔吸声材料的布局优化91 6.1 引言91 6.2 考虑多孔吸声阻尼效应的统计模态能量分布分析理论92 6.2.1 多孔吸声材料的本构关系92 6.2.2 模态阻尼损耗因子的求解94 6.3 多孔吸声材料的布局优化95 6.3.1 变密度方法及体积守恒的Heaviside函数95 6.3.2 优化模型96 6.3.3 灵敏度分析96 6.3.4 多孔吸声材料布局优化流程98 6.4 数值计算实例99 6.4.1 板/腔耦合系统的多孔吸声材料布局优化99 6.4.2 火车部分车体的多孔吸声材料布局优化112 6.5 本章小结113 第7章 逐频点模态能量分析法及中频声振耦合系统尺寸优化115 7.1 引言115 7.2 逐频点模态能量分析基本理论116 7.2.1 逐频点模态能量传递平衡方程116 7.2.2 湍流边界层激励118 7.3 优化模型及灵敏度分析119 7.3.1 优化模型119 7.3.2 灵敏度分析120 7.4 数值计算实例122 7.4.1 薄板与立方体声腔的耦合122 7.4.2 高速列车司机室的尺寸优化136 7.5 本章小结138 参考文献139