基于结构信息传感的壳体耦合系统声振特性及其声辐射有源控制研究

主动隔振是隔离机械设备低频振动传递的有效手段，具有重要的应用前景。对舰船而言，主动隔振目的是降低水下结构的辐射噪声。然而，此方面已有研究将主动隔振系统与船体结构振动声辐射问题分开来独立研究，不符合实际情况，缺少将主动隔振与船体结构声辐射耦合在一起的整体研究,极大制约了此类问题的进一步研究和实际应用。本课题旨在建立面向声辐射的双层主动隔振系统-壳体结构-声辐射耦合的整体分析与控制理论模型，并从工程实用角度出发提出利用结构信息传感进行壳体耦合系统声辐射的传感、分析及其有源控制。在制定合适的声学目标函数，以此通过辐射模态建立壳体结构表面振动分布与结构声辐射的数学物理关系，通过结构振动把握辐射声场完整信息的基础上，深入研究主动隔振系统-壳体结构-声辐射振声传递的物理机制、面向声辐射的主动隔振和结构信息误差传感策略以及主动隔振对声辐射的控制机理。为舰船机械噪声的控制提供新的思维、控制策略和方法参考。

主动隔振是隔离机械设备低频振动传递的有效手段，具有重要的应用前景。对于水下舰船而言，主动隔振的主要目的和意义在于降低水下结构的辐射噪声。然而，此方面已有研究将主动隔振系统与船体结构振动声辐射问题分开来独立研究，不符合实际情况，所得成果与结论无法为工程实际中的主动隔振设计提供真实可靠的依据和合适有效的方法参考，缺少将主动隔振与船体结构声辐射耦合在一起并面向声辐射（以声辐射为控制目标）的整体研究，极大制约了此类问题的进一步研究和实际应用。本课题以舰船典型结构中常见的板壳耦合结构为弹性基础，开展了双层主动隔振系统与船体结构耦合在一起并面向声辐射控制的整体研究，更符合实际情况。本项目首次建立了面向声辐射的多自由度双层主动隔振系统-壳体结构-声辐射的整体分析与控制的理论模型，进行了隔振系统-壳体耦合系统的声振和功率流传递特性分析。从工程实用角度出发提出了利用结构信息传感声辐射信息，进而用于壳体耦合结构声辐射的分析、误差传感及其有源控制的思想。通过辐射模态理论建立壳体结构表面振动分布与结构声辐射的数学物理关系，通过数值分析研究了振动测点位置和数量对结构辐射声功率预测的影响。在此基础工业，开展了基于主动隔振和结构信息传感的壳体耦合系统声辐射有源控制研究，通过数值仿真分析探讨了主动作动器数目及不同布放位置对主动隔振性能和声辐射控制的影响。从声辐射控制的角度，研究了功率流最小化、结构动能最小化、隔振器基座均方振速最小化和辐射声功率最小化四种主动控制策略的控制性能及其相应的对结构声辐射的控制机理。为了验证所建模方法及主动控制的有效性，开展了相应的实验研究，实验结果证实了建模方法的正确性和主动控制的有效性。本课题发展并建立了一种适于具有任意边界条件的板壳及其耦合结构振动建模分析的统一求解方法，即修改的傅里叶谱方法，该方法具有收敛速度快、精度高等优点且且不受厚度、材料和边界条件限制，为板壳结构的动力学行为分析和特性研究提供了快速、准确的预报分析方法，并利用此方法建立了任意边界和耦合条件下的板壳耦合结构动力学的近似解析模型。本课题的研究工作可为舰船主动隔振系统-壳体结构-声辐射的分析、主动隔振系统的设计和机械噪声的控制提供理论基础和方法参考，具有重要的理论和实际意义。