声-固耦合系统高频局部能量响应的FEM-SmEdA分析王攀陈强李彦斌---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除------本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除------本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除------本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---摘要：针对高频激励下声-固耦合系统的局部能量响应预示问题，采用有限元（FEM）和统计模态能量分布分析（SmEdA）相结合的方法预示复杂声-固耦合系统局部能量响应。首先，以平板/声腔耦合系统为研究对象，验证FEM-SmEdA方法的准确性;随后，为了验证该方法的适用性，分别将该方法应用于湍流边界层（TBL）激励下平板/声腔耦合系统局部响应预示及加筋舱段/声腔耦合系统局部响应预示。利用双模态方程法（DMF）对基于FEM-SmEdA法的TBL激励作用下结构局部响应预示结果进行验证，基于FEM-SmEdA方法揭示TBL激励作用下舱段结构和声腔的能量分布随频率的变化规律，并研究加筋对声-固耦合系统能量分布的影响。结果表明：FEM-SmEdA方法能够准确地预示高频环境下声-固耦合系统的局部能量响应;该方法适用于TBL激励下结构局部响应预示;随着分析频率的升高，舱段和声腔的能量分布更加均匀;加筋后结构的能量分布更加均匀，加筋对声腔能量响应的抑制更加明显。关键词：声-固耦合系统;统计模态能量分布分析;模态能量;能量分布;有限元法：O421+.6;V414.4文献标志码：A：1004-4523（2019）04-0590-12DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2019.04.005引言声-固耦合问题广泛存在于航空航天结构中，尤其是对于高频激励下的薄壁结构，结构和声场之间极易产生声-固耦合效应，引起结构的振动并改变声场的分布，进而影响结构的可靠性和仪器设备的功能。因此，结构的振动水平及声场的噪声水平是结构设计阶段必须考虑的重要指标，研究薄壁结构在高频激励下的声-固耦合问题具有重要的理论意义和应用价值。目前，获取声-固耦合响应的方法主要有试验方法、理论方法和数值方法。试验方法的结果真实可信，其不足之处在于耗费巨大、试验周期较长且仅能实现有限实验条件和工况。理论分析方法较难适用于复杂工程结构。近年来，随着计算机性能的提高，数值方法成为一种有效的分析手段[1]。对于低频声-固耦合---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---问题，通常采用有限元法（FiniteElementMethod，FEM）[2]和边界元法等离散化方法预示结构响应。在结构单元尺寸满足同一波长内包含6个单元的条件后[3]，离散化方法能较为精确地预示声-固耦合系统在低频段的局部响应。但当分析频率升高时，若要保证FEM有足够的精度，须对单元进行细化，这将导致计算规模呈指数级增长。对于高频声-固耦合问题，通常采用统计能量分析（StatisticalEnergyAnalysis，SEA）[4-5]预示结构的高频能量响应。SEA将结构划分为若干子系统，通过引入模态能量均一化和雨流（RainOntheRoof，ROR）载荷等基本假设，构建子系统间的功率流平衡方程，进而预示子系统在空间和分析频带内的平均能量响应[6]。但SEA的各项假设在工程应用中较难完全满足，而且仅能得到空间平均能量响应，难以得到结构局部能量响应[7]。为了克服SEA中的模态能量分析均分假设，Maxit等基于双模态方程（DualModalFormulation，DMF）[8-9]，推导了子系统模态能量平衡方程，提出统计模态能量分布分析（StatisticalModalEnergyDistributionAnalysis，SmEdA）[10-11]。SmEdA理论以分析频带内子系统每阶模态的能量为基本未知量，考虑了同一子系统中不同模态能量差异较大的情形。基于SmEdA理论预示子系统的模态能量，仅需非耦合子系统在耦合边界的模态信息即可获取子系统的模态能量。对于声-固耦合子系统而言，提高了计算效率，尤其是声腔子系统在高频段模态数密集的情况下。此外，SmEdA理论以每阶模态为基本输入参数，可考虑同一子系统内模态受到不均匀激励的情况，从而可考虑局部激励，克服SEA理论中雨流载荷的假设。Aragonès等[12]基于SmEdA理论对典型声腔/平板/声腔耦合系统进行了...