基于波疊加方法的聲全息技術與聲學靈敏度分析

　　《基于波疊加方法的聲全息技術與聲學靈敏度分析》圍繞產(chǎn)品噪聲測量與控制這一日益受到關注的課題，開展了關于近場聲全息技術（NAH）和聲學靈敏度分析方面的研究。近場聲全息技術，誕生于20世紀80年代初，通過在輻射體的近場測量聲壓數(shù)據(jù)可以重建和預測出整個三維空間聲場的聲學量，如聲壓、質(zhì)點振速、聲強以及遠場指向性等。因其具有此優(yōu)點，近場聲全息技術迅速地成為一種聲源識別和聲場可視化的強有力工具。在過去的20多年中，該技術也取得了很大的發(fā)展，形成的全息變換算法主要有：空間聲場變換（STSF）、邊界元方法（BEM）和Helmholtz方程最小二乘法（HELS）?！痘诓ǒB加方法的聲全息技術與聲學靈敏度分析》在實現(xiàn)和改進基于STSF方法的NAH基礎上，提出了空間聲場分離技術，為克服BEM和HELS方法的缺點，提出可應用于內(nèi)、外聲輻射問題分析的基于波疊加方法（WSA）的NAH。而在聲學靈敏度分析方面，《基于波疊加方法的聲全息技術與聲學靈敏度分析》通過對波疊加公式進行關于設計變量的求導，提出基于波疊加方法的三維聲學靈敏度分析。每章內(nèi)容簡要概括如下：第1章回顧近場聲全息技術和聲學靈敏度分析的發(fā)展歷史，分析了二者的研究現(xiàn)狀和存在的問題，在此基礎上提出了這些問題的解決途徑，確定了《基于波疊加方法的聲全息技術與聲學靈敏度分析》的主要研究內(nèi)容。第2章實現(xiàn)基于STSF的近場聲全息技術，解決該技術中的若干關鍵問題。采用特殊函數(shù)和分離變量法推導出平面、柱面和球面NAH的理論公式，并討論它們的數(shù)值實現(xiàn)算法，以及全息重建過程中的誤差傳遞。最后，進行掃描全息測量的實驗驗證工作，提出一種不需要先驗或后驗知識的截止波數(shù)選取方法。第3章提出空間聲場分離技術，拓寬基于STSF的近場聲全息技術的使用范圍。從近場聲全息原理出發(fā)，利用聲波沿不同方向傳播的特點，針對平面、柱面和球面全息測量建立了波數(shù)域內(nèi)的聲場分離公式。利用聲場分離技術分離后的全息聲壓，可以不受背景干擾地重建目標源面上和聲場中的聲學參量。第4章給出聲輻射問題的聲學基礎和定解問題描述，推導出邊界Helmholtz積分方程，隨后給出了邊界Helmholtz積分方程的離散化形式——邊界元方法，以及在離散化實施過程中存在的問題和相應的處理方法。在此基礎上，推導出波疊加方法的基本公式，論證了波疊加方法和邊界元方法之間的等價性關系，最后給出波疊加方法的實施過程和精度分析。第5章提出基于波疊加方法的近場聲全息技術。依據(jù)波疊加積分公式，通過離散化連續(xù)虛源方法來改進簡單源替代方法，并引入混合層勢理論，建立了一種穩(wěn)健的全波數(shù)空間聲場重構(gòu)技術。研究聲全息重建過程中的不適定性問題，以及相應的正則化策略。通過典型算例和實驗驗證了理論分析的正確性，并研究了聲源頻率及虛源位置等對重構(gòu)精度的影響。第6章推導出腔體內(nèi)聲場計算的波疊加積分公式，并建立基于wsA的腔體內(nèi)聲全息理論和采用等參插值離散虛源表面的全息實現(xiàn)方法。通過幾個典型算例對腔體內(nèi)全息技術進行仿真驗證，結(jié)果表明：在采用不同的正則化方法之后，即使采用含有測量誤差的數(shù)據(jù)進行重構(gòu)和預測，其計算結(jié)果與理論值都能吻合得相當好，其中采用Tikhonov方法比TSVD方法濾波效果稍好。第7章建立基于波疊加方法的三維聲學靈敏度分析理論和實現(xiàn)算法。根據(jù)波疊加方法建立空間點的聲學量與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表面上聲學、位置參量之間的關系；然后，通過對設計參數(shù)的求導可以得到解析的三維聲學靈敏度計算公式；最后，通過對該公式的離散化處理可以得到聲學靈敏度計算方程。通過仿真算例，驗證了基于波疊加方法進行聲學靈敏度計算的可行性和有效性。第8章對全文的研究工作進行總結(jié)，并指出了有待進一步研究的課題。

　　于飛，合肥工業(yè)大學博士。現(xiàn)為博世技術中心（蘇州）有限公司高級匹配工程師。主要負責制定制動系統(tǒng)的測試方案，進行振動／噪聲的臺架和模擬試驗，以及摩擦材料的開發(fā)等工作。同時，與博世技術中心（全球）有限公司的NVH研究人員合作，從事新技術的研發(fā)和應用，以提高制動系統(tǒng)的振動／噪聲性能。攻讀博士學位期間，參加了包括國家自然科學基金項目在內(nèi)的5項國家重大課題的研究，發(fā)表了中英文論文20余篇，多次參加相關國際會議和全國博士論壇，并參加了多個企業(yè)項目的攻堅工作，解決了多項技術難題。