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第 5卷第 1期 2007年 3月动力学与控制学报 Vol. 5 No. 1
1672 6553 /2007 /05⑴/088 4 JOURNAL OF DYNAM ICS AND CONTROL Mar. 2007
飞机座舱减振降噪优化设计方法
雷平高行山
(西北工业大学工程力学系,西安 710072)
摘要采用结构拓扑优化的变密度法和形貌优化法,对模拟飞机座舱的四角固支声音箱体,进行了减振降
噪的研究. 比较优化前后结构固有频率的变化和对声压的影响,得出了结构拓扑优化对减振降噪作用的高
效性.
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关键词振动,噪声,拓扑,优化
效益是比较低的. 本文中我们是将结构拓扑和形貌
引言
优化的方法引入到声音- - 结构耦合系统中,在设
飞机座舱内噪声,关系着人们乘坐时舒适程计概念阶段通过改变结构的动力学参数来有效的
度. 因此,在座舱结构设计时,噪声控制非常重要. 减少噪声,这样可以大大降低成本.
特别是在减少舱内的中低频噪声方面,采取了很多 1 频率目标下结构拓扑优化设计变密度法
方法. 目前采用的噪声控制方法主要包括减少噪声原理
源和控制噪声的传播途径和保护被控对象,即消结构拓扑优化首次在动力学方面的应用是自
振、隔振、吸振或阻振. 这些方法都是从改变结构的由振动的特征值优化[ 1 ] ,通常在动力加载结构中,
刚度、质量和阻尼特性及其分布来达到减振降噪. 最大化结构动态响应,使得结构的基频高于结构可
本文利用结构的拓扑优化设计和形貌优化设能的扰动频率或者共振频率. 优化结构的多模态特
计来改变结构的动力学特性,实质上是对振动系统征值问题将影响到结果的稳定性,因此我们建立优
进行解谐设计,使结构的固有频率避开外激励频化模型时需要考虑特征值之间的差异. 本文利用变
率. 利用该方法可以在设计概念阶段就进行结构质密度方法[ 2 ]建立拓扑优化方程,用优化准则法(OC
量和刚度特性优化配置,更加有效的减少了低频噪法)解决拓扑优化问题. 利用拓扑优化的结果进行
声. 加筋设计,从而将优化问题转化成为材料分布问
飞机座舱内的噪声来源很复杂,但主要是通过题. 拓扑优化在频率目标下的优化模型为:
固体传播和空气传播,而对人影响比较大的中低频 M axim ize:β
(20~400 Hz)噪声主要通过固体结构件传播振动 i
[α]λi β, i = 1, ⋯, N dof
至舱体,引起舱体的振动,再由舱壁板振动辐射噪
( K -λiM )Φ i = 0
声至舱内,形成舱内噪声. 舱体壁板的固有频率、振 s. t. : N (1)
∑viρj V
型、阻尼等模态参数,对舱内噪声的形成起着重要 j = 1
的作用. 当激振力的频率十分接近运动舱的一阶固 0 <ρm in ρj < 1, j = 1, ⋯, N
有频率时,舱体发生共振,可使噪声放大. 其中 K表示系统刚度矩阵; M 表示系统的质量矩
我们通过改变舱壁板的结构使其固有频率避阵,Φ i 是与第 i阶特征值λi 相应的特征向量. ρ表
开激振力频率,从而避免共振的发生,这正是结构示设计变量, 为了避免刚度矩阵的奇异解,ρm in =
降噪的设计思路. 目