[发明专利]一种基于概率和区间的混合进行外声场预测的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及声场预测的数值计算领域，具体涉及一种基于概率和区间的混合进行外声场预测的方法和装置。

背景技术

在产品开发过程中，为了对产品噪声进行有效的控制，需要预测其声学特性，声场预测是指借助数值分析技术求解声学数值模型的响应特性。

传统的声场预测是在确定的几何、材料、环境等因素下求解声场的响应。但由于实际声场分析模型中材料属性的多向性、载荷的不可预测性和环境影响因素的复杂性等，其几何、激励、密度、阻尼、声速等参数往往是不确定的。这些不确定性虽然在多数情况下数值较小，但耦合在一起则可能使系统响应产生较大的偏差。采用较大安全系数的方法来避免或减小系统参数不确定性的影响，会导致很大的浪费，已经很难满足现代声学分析设计的要求。

因此，研究声学参数不确定性对系统整体性能的影响就变得非常必要，不确定性研究主要包括三类方法：概率方法、模糊方法和区间分析方法。

概率方法在理论上取得了很多重要的成果，但在实际应用中有其致命的缺点：随机方法的使用前提是不确定参数的概率分布必须是确定的。在工程设计初期，我们往往难以获得足够的样本数据来构建不确定参数的准确概率分布模型。另外需要指出的是，对于那些具有显著随机特性的不确定参数，概率方法可以收到良好的效果，但对于那些随机特征不显著以及根本不具备随机特征的不确定参数却显得无能为力。

区间分析方法中包括区间数运算方法，区间数运算方法根据区间数的运算法则求解区间函数的变化区间。但区间数之间的相关性易导致区间数运算方法的扩张，这使得区间数的运算在工程结构分析中的进一步应用受到一定的限制。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于概率和区间的混合进行外声场预测的方法和装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于概率和区间的混合进行外声场预测的方法，适于在计算设备中运行，并包括如下步骤：

对壳结构进行有限元分析，建立结构域的有限元模型；

对壳结构的外声场进行边界元分析，建立声场域的边界元模型；

基于有限元模型和边界元模型，并考虑声场域与结构域在边界处的耦合作用，建立外声场分析的有限元/边界元耦合模型；

根据耦合模型确定声压频率响应公式，并将公式中的外声场变量划分为随机变量和区间变量；以及

结合概率分析方法和区间分析方法求解声压频率响应公式，得到声压频率响应的期望上下界和方差上下界。

可选地，在根据本发明的基于概率和区间的混合进行外声场预测的方法中，所述结合概率分析方法和区间分析方法求解声压频率响应公式，包括：

把由区间变量构成的区间向量当作常数，分别对声压频率响应公式中的动刚度矩阵、外部激励向量和插值系数进行泰勒一阶展开，得到声压频率响应公式的第一变换公式；

对第一变换公式进行诺伊曼级数展开，并忽略高阶项，得到声压频率响应公式的第二变换公式；

运用连续随机变量的期望方差求解方法对第二变换公式进行求解，得到声压频率响应的期望上下界和方差上下界。

可选地，在根据本发明的基于概率和区间的混合进行外声场预测的方法中，所述运用连续随机变量的期望方差求解方法对第二变换公式进行求解，包括：

把区间向量当作常数，根据第二变换公式获取声压频率响应的期望和方差；

将所述期望和方差在区间向量的中点处进行泰勒一阶展开；

根据期望和方差的泰勒一阶展开结果，获取期望的上下界以及方差的上下界。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于概率和区间的混合进行外声场预测的装置，驻留在计算设备中，并包括：

有限元模型建立单元，适于对壳结构进行有限元分析，建立结构域的有限元模型；

边界元模型建立单元，适于对壳结构的外声场进行边界元分析，建立声场域的边界元模型；

耦合模型建立单元，适于基于有限元模型和边界元模型，并考虑声场域与结构域在边界处的耦合作用，建立外声场分析的有限元/边界元耦合模型；

声频响应建立单元，适于根据耦合模型确定声压频率响应公式，并将公式中的外声场变量划分为随机变量和区间变量；以及

概率和区间分析单元，适于结合概率分析方法和区间分析方法求解声压频率响应公式，得到声压频率响应的期望上下界和方差上下界。

可选地，在根据本发明的基于概率和区间的混合进行外声场预测的装置中，所述概率和区间分析单元按照如下方式求解声压频率响应公式：