(2)SEA法的理论

(2)SEA法的理论

1)SEA法的思路

SEA法是用能量来描述系统的振动,它用振源、传递系统和放射系统的能量平衡来表达系统的状态,并导入统计分析方法,假定在某个频率范围内振动模态平均分布,并且以相同的程度被激励起来。整个系统包含多个构成要素,每个要素处于多个振动模态被同程度地激励起来的状态。这样,要素之间传递的能量与该要素之间的能量级别的差成比例,损耗的能量与其要素的能量差成比例,与热能同样处理方式。此处,传递能量的比例系数称为结合损失率,损耗能量的比例系数称为内部损耗率。

2)平衡方程

SEA法的基础公式以2要素系统来表达。能量的平衡关系见下式:

Pi=Pdi+Pij-Pji (3.17)

式中,Pi为要素i受到的平均激励能量;Pdi为从要素i损耗的能量;Pij为从要素i到要素j的平均传递能量。

损耗能量Pdi和传递能量Pij还可以用下式表达:

Pdi=ωμiEi (3.18)

Pij=ωμijEi (3.19)

式中,ω为中心频率;ηi为要素i的内部损耗率;ηij为从要素i到要素j的结合损耗率;Ei为要素i的时间平均总能量。

另外,对于模态数,

ηijni=ηjinj (3.20)

式中,ni为要素i的模态密度(频率范围内的模态数量点与频带宽的比)。

将式(3.17)~式(3.19)代入其中,可以求得2要素系统的平衡方程式。

ω[(η1+η12E1-η21E2]=P1

ω[-η12E1+(η1+η21E2]=P2

(3.21)

如果给定内部损耗率、结合损耗率、激励能量,就可以计算出各要素的能量状态、传递能量等参数。

如果将上述过程扩展到多要素系统,平衡方程式成为下式:(https://www.daowen.com)

图示

上式中,如果给定各参数、各输入能量,就可以求得各要素的能量密度。

3)各参数的推算方法

为了提高SEA法的计算精度,需要准确算出各个参数(模态密度、内部损耗率、结合损耗率)。对于简单的形状,可以从理论上加以求解,对于复杂的形状,则必须通过试验才能得到。此处,介绍一个当要素间处于结合状态时的内部损耗率、结合损耗率的能量注入法。本方法对各个要素分别注入能量,对各种条件下的能量状态进行测试,进而求得损耗率。

对于2要素的情况,平衡方程式(3.21)将成为以下形式。

图示

如果仅对要素1,或者要素2注入能量,将两个平衡方程式汇总后将成为式(3.24)。

图示

求解这个4元组合方程就可以求得各个损耗率。这种方法不用计算要素的模态密度ni,因此具有很大的便利性。

为了进一步提高计算精度,将各个要素中引入相关的结合损耗率定式化,将(要素数-1)次元的行列式进行多次演算后,通过下式即可求得各个结合损耗率。

图示

求出结合损耗率后,内部损耗率即可用下式求得。

图示

要素的能量可以用质量和平均速度求得。速度可以取多数点的平均值。但是对于振动系统来说质量与实际质量是不同的,特提出根据式(3.27)求出的等价质量概念。

图示

式中,<V2i>为要素i的时间空间平均表面2次方速度;γi为<V2i>的初始衰减率。

如果通过试验求得各个要素的等价质量,在以后的分析中,乘以2次方速度,该要素的总能量就可以求得。