[发明专利]一种降低平板结构瞬态声辐射的优化设计方法

权利要求书

1.一种降低平板结构瞬态声辐射的优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、基于时域有限元-边界元耦合法，建立适用于任意边界条件的平板结构瞬态声辐射理论计算方程：

上述公式的推导是基于时域有限元-边界元耦合法，其中，SPL_max为平板结构的最大瞬时辐射声压级，p(ξ,t)为在t时刻、ξ位置的瞬时辐射声压；S_p为平板面积，ρ₀为空气密度，x'为平板节点坐标，c为声速，{R}为转换矩阵，用于将平板结构的节点位移转换为横向挠度，δ为狄拉克函数，为平板结构x'位置在τ时刻的瞬时节点加速度；{M}、{C}和{K}分别为平板结构的整体质量矩阵、阻尼矩阵和整体刚度矩阵，和{U(t)}分别为平板结构在t时刻的瞬时节点加速度、瞬时节点速度和瞬时节点位移矢量，和{U(t+△t)}分别为平板结构在t+△t时刻的瞬时节点加速度、瞬时节点速度和瞬时节点位移矢量；{T}为转换矩阵，用于将单元受到的入射声压转换为等效节点力，{F(t)}为平板结构在t时刻受到的瞬时外力激励，{p₀(t)}为平板结构在t时刻受到的瞬时入射声压，{F(t+△t)}为平板结构在t+△t时刻受到的瞬时外力激励，{p₀(t+△t)}为平板结构在t+△t时刻受到的瞬时入射声压；△t为计算时间步长，η和β分别为Newmark法时间积分常数；

步骤2、设定平板结构的各项已知参数，并设定计算瞬时辐射声压的具体位置ξ；

步骤3、设定边界参数的可调范围；

步骤4、给定平板结构的初始状态以及受到的瞬态激励；

步骤5、选定优化算法，将所述平板结构瞬态声辐射理论计算方程和优化算法相结合，并针对设定的所述平板结构的各项已知参数、设定的所述边界参数可调范围和给定的所述平板结构的初始状态以及受到的瞬态激励，进行最优解搜索，以获得平板结构的最大瞬时辐射声压级SPL_max最小化的最优边界参数；

步骤6、根据所述最优边界参数形成平板结构；

其中，步骤1、步骤2、步骤3和步骤4不限前后顺序。

2.如权利要求1所述的一种降低平板结构瞬态声辐射的优化设计方法，其特征在于：所述步骤1中所述平板结构的整体质量矩阵{M}、阻尼矩阵{C}和整体刚度矩阵{K}是由有限单元法获得的，即{M}由平板单元等效质量矩阵{M_p}_e通过直接刚度法组装而成，{K}由平板单元等效刚度矩阵{K_p}_e和支撑边界单元等效刚度矩阵{K_b}_e通过直接刚度法组装而成；

其中，{M_p}_e＝ρh∫∫{N}^T{N}dxdy；

式中，ρ为平板材料密度，h为平板厚度，{N}为单元形函数，上标T为矩阵转置符号；{B_p}为应变矩阵，{D_p}为抗弯刚度矩阵；k_t和k_r为支撑边界的参数，分别代表结构支撑边界的横向刚度和转动刚度，为单元边界轮廓，Γ_b为单位法向量；

所述平板结构的阻尼矩阵，其中，μ为平板阻尼因子，ω₀为平板最低阶固有频率。

3.如权利要求2所述的一种降低平板结构瞬态声辐射的优化设计方法，其特征在于：所述步骤1中用于模拟任意边界条件的具体做法为：设定k_t和k_r为支撑边界的参数，这些边界参数为复数形式，实部表示边界支撑的弹性特性，虚部表示边界支撑的阻尼特性，若模拟弹性边界支撑，则虚部值取0，边界参数是常数或位置函数，通过改变这些边界参数来实现对任意边界条件的模拟。

4.如权利要求1所述的一种降低平板结构瞬态声辐射的优化设计方法，其特征在于：所述步骤4中的瞬态激励是瞬态外力激励、瞬态入射声波或瞬态外力激励和瞬态入射声波的共同作用。

5.如权利要求1所述的一种降低平板结构瞬态声辐射的优化设计方法，其特征在于：所述步骤2中各项已知参数包括平板材料、平板阻尼因子、平板尺寸及平板厚度。