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一般薄板在受到周期性外力作用时,大多数情况是做弯曲振动,它所激发的弯曲波将携带大部分能量以声波的形式向外辐射。这时薄板成为一个声源,若作为被动声源将辐射噪声,这是噪声治理的课题;若作为主动声源可以辐射人们所需要的声音,这就成了扬声器。
本文以弯曲振动型平板扬声器的振膜为原型,建立了四边固支和四边简支各向同性矩形薄板在集中简谐力的激励下作大振幅受迫振动的力学模型。首先采用有限元理论推导了基于von Karman几何非线性应变.位移关系的薄板非线性有限元运动方程,然后通过有限元模态约简法(finite element modal reduction method),将物理坐标下的系统有限元运动方程变换到模态坐标下,利用Newmark法进行直接的数值积分求解,得到薄板表面的法向振速分布,最后利用声辐射模态法计算了0-1kHz范围内单频激励下的薄板辐射声功率。
振动模态法和声辐射模态法是分析结构声辐射的两种不同的方法,以往的研究局限于孤立的使用其中一种方法来分析问题,本文将其结合起来对大振幅振动下的薄板声辐射问题进行研究,主要解决以下两个问题:(1)通过振动模态的分析使非线性有限元运动方程转换到模态空间下进行求解,使方程解耦并降低系统自由度;(2)利用声辐射模态方法计算结构辐射声功率可以消除在振动模态空间中各阶振动模态的声辐射相互之间存在耦合的问题。振动模态阶数选取的研究表明:使用前几阶模态能够很好的预测板在低频激励下的振动响应。并通过计算证实了几何非线性效应下的频率漂移现象。最后通过实验验证上述方法的可行性。