基于SEA的加筋铝板声传输研究及仿真

    摘  要: 运用统计能量分析方法，推导出加筋结构声传输函数，采用 VA One 中 SEA 模块对加筋铝板声传输损失进行研究，建立加筋铝板隔声计算的仿真模型。将仿真结果与已有文献试验数据进行比较，证明了采用加筋结构声传输计算模型研究其隔声特性的有效性并分析了相关参数对加筋铝板声传输的影响。研究结论为船舶加筋板的隔声设计提供了一定参考，尤其对铝合金上层建筑舱壁和围壁隔声护板的声学设计具有指导意义。

    加筋板广泛应用于飞机、火箭的蒙皮壁板，交通运输工具的外壁，机床设备的底座等。作为结构声振传播的一种途径，它具有与匀质板不一样的振动传递特性，同时受舱室内部混响场的空气噪声激励，也具有与匀质板不同的声传输特性。文献［1 －2］用统计能量的方法研究了加筋板的隔声特性，并与试验结果进行了对比，讨论了由于筋条的增加而引起板的刚度、质量的变化以及不同频域隔声量的变化。文献［3］采用有限元法和Rayleigh 积分建立了空气中嵌在理论上无限大刚性障板上的加筋板结构在简谐平面声波斜入射情况下的声传输计算模型，并研究分析了加筋板结构的板厚、肋骨惯性矩与间距、边界条件、板材和平面声波入射角度等对结构传声损失的影响以及平面声波入射角度与隔声低谷的关系。但其只对中低频简谐平面声波入射条件下的声传输进行了研究，没有考虑弯曲波和纵波在加筋板中的传输。BERANEK 在其《Noise and Vibration Control》一书中给出了加筋板的隔声曲线。文献［4］对国内外板的声性能的研究现状做了概述。文献［5］分析声场通过矩形板入射到闭空间的隔声特性，得出隔声曲线，仿真讨论了加筋对障板隔声性能的影响，但缺少相关试验的验证。笔者主要运用SEA 方法，分析加筋板的中高频段的声传输损失频率特性以及各参数对加筋板隔声性能的影响。

    1 声 － 结构耦合系统声传输 SEA 分析

    1． 1 结构声传输 SEA 分析

    对于 N 个子系统组成的复杂声 － 结构耦合系统，其功率平衡方程如下:

    式中: Ei为第 i 个统计性子系统平均能量; ni为第 i 个统计性子系统的模态密度; ηi为第 i 个统计性子系统的内损耗因子; ηij为第 i 个统计性子系统到第 j 个统计性子系统的耦合损耗因子;?i为外部激励的输入功率。

    图 1 为结构的声传输统计能量模型，用 3 个相互耦合的子系统表示，建立如下功率平衡方程:

    根据保守弱耦合系统的互易定律［6］，niηij=nηji，i，j =1，2，3。对于如图 1 所示的系统，由对称性知 η21= η23。求解式( 2) ～ 式( 4) 得到: