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基于混合SNS-FEM/SEA方法的中频振动噪声分析

声振耦合分析,中频,节点光滑有限元,统计能量法,梯度光滑技术

计算流体力学、多场耦合、生物力学、动力学等 > 多场耦合模拟

结构声学的中频预测问题一直是业界的一个难点和热点。确定性方法（例如有限元法和边界元法）随着分析频率的增加，波长变短，将会导致特征频率模糊、模态重叠问题。统计性方法（例如统计能量法）在分析弱形式耦合的中频问题时会出现计算精度过低现象。为了降低中频振动噪声分析的数值误差，引入基于节点的光滑有限元和统计能量法的混合方法（SNS-FEM/SEA）来对三维结构声学问题进行模拟。针对模态密度较低的声腔子系统，使用四面体单元离散。采用基于节点光滑有限元法，围绕节点构建积分域，通过梯度光滑技术重构应变场，有效避免了有限元方法中出现的刚度矩阵“过硬”的缺点。针对模态密度较高的结构子系统，引入具有统计特性的统计能量法，基于第二类零阶Hankel 函数计算结构刚度矩阵。声腔子系统与结构子系统的模态密度与耦合损耗因子之间通过互易原理计算，并基于直混场互惠定理得到最终的系统耦合方程。为了验证该方法的优越性，首先使用三维立方体模型的中频振动噪声分析验证了该混合方法的有效性。进一步通过三维车内声腔模型算例对混合方法验证，数值分析结果表明，基于节点的光滑有限元和统计能量法的混合方法能够有效降低系统的刚度，使离散系统刚度更加接近连续系统的刚度，提高了计算精度。