《Applied Acoustics》：Reconstruction method of radial excitation forces for cylindrical shells based on acoustic signal measurements
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本研究提出了一種創(chuàng)新的非接觸式測量方法，用于重建圓柱殼表面的徑向激勵(lì)力。該方法通過圓柱形傳聲器陣列測量聲場，并利用離散化的聲輻射積分方程建立激勵(lì)力到聲場的傳遞矩陣，從而構(gòu)建一個(gè)逆問題。通過迭代重加權(quán)Tikhonov正則化方法求解該反問題，能夠從測量的聲壓數(shù)據(jù)中精確識別出點(diǎn)激勵(lì)的幅值與位置。數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)均驗(yàn)證了該方法在識別等效界面力方面的有效性，這對于評估隔振系統(tǒng)性能和預(yù)測輻射噪聲具有重要工程價(jià)值。
Highlights (亮點(diǎn))
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本研究提出了一種基于聲信號測量的非接觸式圓柱殼徑向激勵(lì)力重建方法。
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通過離散化點(diǎn)激勵(lì)下的輻射聲場積分方程，建立了激勵(lì)力到聲場的傳遞矩陣。
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構(gòu)造了正則化目標(biāo)函數(shù)，并利用迭代重加權(quán)Tikhonov正則化求解，實(shí)現(xiàn)了激勵(lì)力幅值和位置的同時(shí)精確識別。
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在兩端簡支的圓柱殼上進(jìn)行的數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。
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系統(tǒng)地研究了信噪比、傳聲器陣列長度和結(jié)構(gòu)模態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)對重建精度的影響。
Numerical simulation (數(shù)值仿真)
為了驗(yàn)證所提出的基于輻射噪聲重建激勵(lì)力方法的有效性，在有限元軟件中對一個(gè)簡支圓柱殼施加了不同數(shù)量的激勵(lì)力，并利用由多個(gè)圓形陣列組成的圓柱陣列收集輻射聲場數(shù)據(jù)，如圖2所示。隨后，利用收集到的聲場數(shù)據(jù)重建激勵(lì)力。為了定量評估重建精度，引入了誤差評估指標(biāo)。仿真結(jié)果表明，該方法能夠準(zhǔn)確重建激勵(lì)力的幅值和位置，并探討了信噪比、陣列長度和結(jié)構(gòu)模態(tài)對重建結(jié)果的影響。
Experiment on excitation force reconstruction (激勵(lì)力重建實(shí)驗(yàn))
為了驗(yàn)證所提出方法的實(shí)際有效性，在兩端簡支的圓柱殼上進(jìn)行了激勵(lì)力重建實(shí)驗(yàn)研究。在170 Hz到510 Hz的頻率范圍內(nèi)，對殼體施加了單個(gè)激勵(lì)力。殼體參數(shù)如下：半徑0.2 m，長度1.2 m，厚度0.0048 m，密度7.85×103kg/m3，楊氏模量2.06×1011Pa，泊松比0.28。如圖14(a)所示，實(shí)驗(yàn)裝置包括激勵(lì)系統(tǒng)、圓柱殼試件、傳聲器陣列及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過對比重建的激勵(lì)力幅值與實(shí)際施加的激勵(lì)力幅值，驗(yàn)證了該方法在不同頻率下的準(zhǔn)確性，即使在存在一定測量噪聲的情況下也能獲得可靠的識別結(jié)果。
Conclusion (結(jié)論)
本文提出了一種基于圓柱傳聲器陣列聲壓測量的非接觸式激勵(lì)力重建方法，用于識別圓柱殼表面的徑向激勵(lì)力。通過數(shù)值離散徑向點(diǎn)激勵(lì)下的輻射聲場積分，構(gòu)建了激勵(lì)力與輻射聲場之間的傳遞矩陣，并建立了從測量聲壓中重建力的逆問題模型。利用點(diǎn)激勵(lì)固有的空間稀疏性，構(gòu)造了正則化的目標(biāo)函數(shù)，并采用迭代重加權(quán)Tikhonov正則化方法進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)了激勵(lì)力幅值和位置的同時(shí)識別。數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究均表明，該方法能夠有效重建激勵(lì)力。研究還系統(tǒng)分析了信噪比、傳聲器陣列長度和結(jié)構(gòu)模態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)對重建精度的影響。該方法為在已知邊界條件下從輻射噪聲中重建激勵(lì)力提供了理論框架，僅需殼體的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過使用傳聲器陣列進(jìn)行非接觸測量，保持了結(jié)構(gòu)的原始質(zhì)量分布，避免了傳感器可能引起的擾動，同時(shí)顯著提高了測量效率。
