[发明专利]一种声-固耦合结构的高频局部响应预示方法

权利要求书

1.一种声-固耦合结构的高频局部响应预示方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将声-固耦合结构解耦为结构子系统和声腔子系统，分别建立子系统的有限元模型，并对非耦合子系统进行模态分析，分别提取结构和声腔子系统的模态数据，利用结构和声腔子系统的模态数据计算子系统之间的模态耦合损耗因子；

(2)建立所有模态上的模态功率流平衡方程，进而获得结构和声腔子系统的模态能量；

(3)建立非耦合子系统模态特征值与子系统模态能量、模态刚度、模态质量之间的关系；

(4)基于局部能量预示理论求解结构和声腔子系统的局部能量响应，通过结构应变能与应力/应变的关系求解局部应力/应变响应。

2.根据权利要求1所述的声-固耦合结构的高频局部响应预示方法，其特征在于：步骤(1)所述结构和声腔子系统的模态数据包括结构子系统在耦合边的位移模态振型、声腔子系统在耦合边的应力模态振型以及子系统的固有频率、模态质量、模态刚度，且确定子系统在研究频带内的共振模态数。

3.根据权利要求1所述的声-固耦合结构的高频局部响应预示方法，其特征在于：步骤(1)子系统1的p阶模态和子系统2的q阶模态之间的模态耦合损耗因子通过子系统解耦后的模态来获得，表达式为：

式中，和分别为子系统1p阶模态的固有频率、阻尼损耗因子、模态刚度；分别为子系统2q阶模态的固有频率、阻尼损耗因子、模态质量；为子系统1的p阶位移模态振型和子系统2的q阶应力模态振型相互作用的功，其计算表达式为：

式中，为子系统2的q阶位移模态振型；为子系统1的p阶应力模态振型；为子系统1在耦合面的单位法向量；S为子系统间的耦合面区域。

4.根据权利要求3所述的声-固耦合结构的高频局部响应预示方法，其特征在于：步骤(2)每个子系统在激励频带中由一系列共振模态描述，由于子系统1的模态与子系统2的模态耦合，因此，子系统之间的功率流可以通过子系统1的每个模态与子系统2每个模态的模态间功率流计算；将所有模态上的功率流平衡方程写成矩阵形式，即：

式中，E¹、E²分别为两个子系统中模态振动能量向量，为子系统1p阶模态能量；为子系统2q阶模态能量；N₁和N₂分别指子系统1和2在频带内的模态数；P^1,inj、P^2,inj分别是子系统1和2中模态上载荷输入功率向量，其中，分别是p阶和q阶模态的输入功率；在研究频带Δω内由单点力激励情况下，结构的输入功率计算式为：

式中，表示在点Q处施加激励后，激励点处p阶模态的模态振型；Δω表示激励力的频带，即研究频带；为子系统1p阶模态的模态质量；

A₁₁和A₂₂为对角矩阵，对角元素分别为：

式中，分别是子系统1p阶和子系统2q阶模态的阻尼损耗因子；表示子系统1的p阶模态和子系统2的q阶模态之间的模态耦合损耗因子，

A₁₂为N₁×N₂阶矩阵，A₂₁为N₂×N₁阶矩阵，两个矩阵的元素分别为：