基于逆邊界元法機械噪聲遠場聲壓預測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于聲壓預測領域，尤其涉及一種適用于結構復雜振動體的遠場聲壓預測 的，基于逆邊界元法機械噪聲遠場聲壓預測方法。
【背景技術】
[0002] 目前，基于近場聲全息技術的表面振動速度重建方法是利用靠近聲源或振動表面 (d<<A)處測量聲源的全息數(shù)據(jù)，其全息數(shù)據(jù)包含了隨距離指數(shù)遞減的倐逝波成分，從 而可以獲得較高的分辨率，然而其要求測量距離d<<A過于苛刻，限制其應用。基于遠 場聲全息的測量方法是基于平面波假設，經過特殊傳感器測量遠離聲源的聲壓，通過計算 傳聲器接收到的信號相位差重建表面振速。但由于遠場聲壓信號記錄較少的倐逝波，因此 分辨率受到波長的限制。
[0003] 直接測量振動體表面法向振動速度計算輻射聲壓技術是基于振動體輻射的聲功 率與表面振動之間的關系利用振動信號去直接預估輻射噪聲，表面法向振動速度和表面積 等一定，聲功率估算的關鍵是如何確定出輻射系數(shù)，由于輻射系數(shù)不僅與部件的形狀和邊 界條件有關，還與振動頻率相關，因此高精度計算十分困難。并且對于復雜的結構表面無法 實施。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的提供一種適用于復雜結構表面的，高精度的，基于逆邊界元法機械 噪聲遠場聲壓預測方法。
[0005] 基于逆邊界元法機械噪聲遠場聲壓預測方法，包括以下幾個步驟，
[0006] 步驟一：在目標聲源最高分析頻率的一個波長內布置傳聲器陣列，測試面大于目 標聲源正投影面，一個波長內至少含有2個測量點，在目標聲源附近放置參考傳聲器，測量 得到傳聲器陣列與參考傳聲器互譜后的場點復聲壓；
[0007] 步驟二：基于逆邊界元法建立場點復聲壓與法向振動速度的傳遞關系，得到傳遞 矩陣；
[0008] 步驟三：對傳遞矩陣進行奇異值分解，得到法向振動速度；
[0009] 步驟四：根據(jù)法向振動速度預測遠場聲壓py，根據(jù)邊界積分方程建立遠場聲壓與 法向振動速度的關系py=ATMyvn，ATMyS對應遠場聲壓的傳遞矩陣。
[0010] 本發(fā)明基于逆邊界元法機械噪聲遠場聲壓預測方法，還可以包括：
[0011] 1、場點復聲壓與法向振動速度的傳遞關系為：
[0012] pf=ATMvn
[0013] 其中，pf場點聲壓，vn為法向振動速度，ATM為傳遞矩陣。
[0014] 2、法向振動速度為：
[0015]
CN 105004416 A W ~P 2/4頁
[0016] 其c
Up\為單位正交矩陣U、V中的列向量，人為正則化參 數(shù)，〇1> 〇 2>... > 〇nf>〇為傳遞矩陣的奇異值，對傳遞矩陣奇異值分解：
[0017] [ATM]t=U2Vt
[0018] 其中U、V為單位正交矩陣，即UUT=I，VVT=I，
[0019] 正則化參數(shù)A利用廣義交叉檢驗法選?。?br>[0020]
[0021] 其中，[ATM]+為ATM的廣義偽逆矩陣，xA為正則化后得到的正則解，traceO表示 矩陣的跡，1"單位矩陣，當g(A)取得最小值對應的A作為正則化參數(shù)。
[0022] 有益效果：
[0023] 一種基于逆邊界元法的機械噪聲遠場聲壓預測方法，利用近場測得的聲壓重建聲 源表面振動法向速度，可以識別聲源的振動強度。
[0024] 利用重建的表面法向振動速度預測遠場聲壓大小，避免了多次測量的不便，并且 可以利用重建的表面振動速度預測傳聲器不易安裝點處的聲壓，給工程測量帶來方便，并 且適用于復雜形狀振動體遠場聲壓預測。
[0025] 本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有的技術的不足，提供一種基于逆邊界元法的機械噪聲遠 場聲壓預測方法，傳遞矩陣的廣義偽逆矩陣的小奇異值引起的高誤差敏感性采用截斷奇 異值正則化進行抑制，其中正則參數(shù)利用廣義交叉檢驗發(fā)選取，近場場點聲壓作為已知量， 重建振源表面振動速度，利用得到的表面振動速度預測遠場聲壓，該方法適用于結構復雜 振動體的遠場聲壓預測。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明操作流程圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面將結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0028] 本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案，如圖1所示：
[0029] 步驟1 :建立聲源、測試面模型的仿真模型。振動聲源模型劃分網(wǎng)格單元要求小于 最大分析頻率對應的波長含有1/6。
[0030] 步驟2 :建立場點聲壓與機械表面振動速度傳遞關系矩陣?；谶吔缭ń⑦?界積分方程
[0031]
[0032]其中：p⑵為場點P聲壓，p(Q)、v(Q)j別為聲源表面聲壓和法向振動速度。為 建立表面聲壓與表面法向振動速度關系，將場點P移到聲源表面，此時有 L1N丄USUU44丄ti fl p/J }J\
[0033]
⑵
[0034] 根據(jù)邊界積分方程（1)、（2)得到場點聲壓與邊界表面振動傳遞矩陣Pf=ATM*Vn， 其中為Pf測試場點聲壓矩陣，Vn為聲源表面法向振動速度矩陣，ATM為傳遞矩陣。
[0035] 步驟3 :對傳遞矩陣采取奇異值分解技術
[0036] [ATM]t=U2Vt (3)
[0037] 其中U、V為單位正交矩陣，即UUT= I，VVT=I，奇異值矩陣2是非負、遞減對角 陣，8卩〇1> 〇 2>... > 〇nf>〇。由于5：中的小奇異值導致傳遞矩陣對誤差敏感性提 高，采用截斷奇異值正則化將對解的貢獻量較小的奇異值賦給零。
[0038]
[0039] 其^
4、\為單位正交矩陣U、V中的列向量，人為正則化參 n， 數(shù)，利用廣義交叉檢驗法選取
[0040]
(5)
[0041] Vn=[ATM]+Pf，[ATM]+為ATM的廣義偽逆矩陣，[ATM]+=U2+VT，
[0042]
[0043] 其中[ATM]+為ATM矩陣正則后的廣義偽逆矩陣，xx為正則化后得到的正則解， trace()表示矩陣的跡，In單位矩陣。g(A)是關于A的函數(shù)。當g(A)取得最小值對應 的A作為正則化參數(shù)。利用聲陣列傳感器與參考傳聲器互譜后的場點復聲壓以重建表面 振動速度。
[0044] Vn= [ATM] +Pf (6)
[0045] 其中[ATM]+為矩陣正則后的廣義偽逆矩陣，Vn為聲源表面法向振動速度。
[0046] 步驟4 :根據(jù)表面振動速度預測遠場聲壓py，根據(jù)邊界積分方程建立遠場聲壓與邊 界表面振動速度的關系py=ATMyvn，利用重建的表面振動計算遠場聲壓。
[0047] 本發(fā)明涉及一種基于逆邊界元法的機械噪聲遠場聲壓預測方法，傳統(tǒng)聲壓預測 是根據(jù)結構表面振動速度，利用邊界元法預測遠場聲壓，
[0048] 而基于逆邊界元法聲壓預測是根據(jù)近場聲壓預測遠場聲壓，根據(jù)逆邊界元法建立 場點聲壓與表面振動速度的傳遞關系，通過傳遞矩陣的逆變換重建表面振動速度，在利用 邊界元法計算場點聲壓。機械表面振動速度的反演過程由于不適定問題導致反演結果波 動，這里首先采用奇異值分解求廣義逆矩陣，利用截斷奇異值方正則化進行遏制結果波動， 其中截斷參數(shù)選用廣義交叉檢驗法選取，進而根據(jù)邊界元法預測遠場聲壓?；谀孢吔缭?法的機械噪聲遠場聲壓預測方法，也可以為：
[0049] 第一步：基于逆邊界元法建立場點聲壓與聲源表面法向振動速度關系，聲傳遞矩 陣的采用截斷奇異值處理。
[0050] 第二步：測量振動體場點聲壓，計算振動機械表面振動速度，根據(jù)邊界元法計算遠 場聲壓。根據(jù)邊界元法利用表面振動速度重建遠場聲壓P，根據(jù)邊界積分方程（1)建立遠場 聲壓與邊界表面振動速度的關系py=ATMyvn，由振動速度作為已知量獲得遠場聲壓。
[0051] 結合實施例一對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0052] 根據(jù)聲源與測量場點位置建立聲源、測試場點仿真模型。根據(jù)逆邊界元法只需要 劃分聲源表面網(wǎng)格，要求振動聲源模型面網(wǎng)格單元小于最大分析頻率對應的波長含有1/6。
[0053] 編寫場點聲壓與聲源表面法向振動速度關系矩陣計算程序。程序的理論基礎是基 于逆邊界元法建立邊界積分方程
[0054]
[0055] 為減少未知數(shù)，建立邊界聲壓與邊界法向振動速度將場點P移到邊界表面，此時 有
[0056]
M " \ Uil J
[0057]根據(jù)邊界積分方程得到場點聲壓與邊界表面振動關系Pf=ATMn，ATM為聲傳遞 矩陣。
[0058] 步驟4 :利用程序對傳遞矩陣采取奇異值分解技術求解廣義逆矩陣，并采取正則 化處理，求解表面振動速度，其中傳遞矩陣
[0059] [ATM]t=U2Vt (9)
[0060] 小奇異值導致傳遞矩陣對誤差敏感性提高，采用截斷奇異值正則化將對解的貢獻 量較小的奇異值賦零值
[0061] /=1
[0062] 其e
;中A利用廣義交叉檢驗法選取
[0063]
[0064] 當g(A)取得最小值對應的A作為正則化參數(shù)。利用聲陣列傳感器與參考傳聲 器互譜后的場點復聲壓以重建表面振動速度。
[0065] Vn= [ATM] +Pf (12)
[0066] 步驟5 :根據(jù)表面振動速度預測遠場聲壓py，根據(jù)邊界積分方程（7)建立遠場聲壓 與邊界表面振動速度的關系Py=ATMy ?Vn，利用重建的表面法向振動速度作為已知量獲得 遠場聲壓。
【主權項】
1. 基于逆邊界元法機械噪聲遠場聲壓預測方法，其特征在于：包括w下幾個步驟， 步驟一：在目標聲源最高分析頻率的一個波長內布置傳聲器陣列，測試面大于目標聲 源正投影面，一個波長內至少含有2個測量點，在目標聲源附近放置參考傳聲器，測量得到 傳聲器陣列與參考傳聲器互譜后的場點復聲壓； 步驟二：基于逆邊界元法建立場點復聲壓與法向振動速度的傳遞關系，得到傳遞矩 陣； 步驟=:對傳遞矩陣進行奇異值分解，得到法向振動速度； 步驟四：根據(jù)法向振動速度預測遠場聲壓Py，根據(jù)邊界積分方程建立遠場聲壓與法向 振動速度的關系Py=ATMyV。，ATMy為對應遠場聲壓的傳遞矩陣。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于逆邊界元法機械噪聲遠場聲壓預測方法，其特征在于： 所述的場點復聲壓與法向振動速度的傳遞關系為： Pf=ATMvn 其中，Pf場點聲壓，V。為法向振動速度，ATM為傳遞矩陣。3. 根據(jù)權利要求1所述的基于逆邊界元法機械噪聲遠場聲壓預測方法，其特征在于： 所述的法向振動速度為：其中Ui、Vi為單位正交矩陣U、V中的列向量，A為正則化參數(shù)，0 1 > 〇2>w> 0M>0為傳遞矩陣的奇異值，對傳遞矩陣奇異值分解： [atm]t=usyT 其中u、V為單位正交矩陣，即UIJT=I，wT二I， 正則化參數(shù)A利用廣義交叉檢驗法選取：其中，[ATM]+為ATM的廣義偽逆矩陣，X,為正則化后得到的正則解，traceO表示矩陣 的跡，I。單位矩陣，當g(A)取得最小值對應的A作為正則化參數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于逆邊界元法機械噪聲遠場聲壓預測方法，屬于聲壓預測領域。在目標聲源最高分析頻率的一個波長內布置傳聲器陣列，測試面大于目標聲源正投影面，一個波長內至少含有2個測量點，在目標聲源附近放置參考傳聲器，測量得到傳聲器陣列與參考傳聲器互譜后的場點復聲壓；基于逆邊界元法建立場點復聲壓與法向振動速度的傳遞關系，得到傳遞矩陣；對傳遞矩陣進行奇異值分解，得到法向振動速度；根據(jù)法向振動速度預測遠場聲壓py，根據(jù)邊界積分方程建立遠場聲壓與法向振動速度的關系py＝ATMyvn，ATMy為對應遠場聲壓的傳遞矩陣。本發(fā)明能夠適用于復雜結構表面的，具有高精度的優(yōu)點。
【IPC分類】G06F19/00, G01H17/00
【公開號】CN105004416
【申請?zhí)枴緾N201510381902
【發(fā)明人】肖友洪, 呂國學, 季振林, 田新娜, 鄭偉, 褚陣豪
【申請人】哈爾濱工程大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月2日