姚建軍，余盛強(qiáng)，甄 瑞，閆紅松

(北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所，北京 100074)

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噪聲環(huán)境對(duì)彈上電子設(shè)備的作用機(jī)理研究

姚建軍，余盛強(qiáng)，甄 瑞，閆紅松

(北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所，北京 100074)

建立了彈上電子設(shè)備聲振耦合理論抽象模型，采用數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法研究了電子設(shè)備周圍環(huán)境的噪聲載荷如何從外部傳遞到內(nèi)部并對(duì)其內(nèi)部器件的作用機(jī)理。分析得出：環(huán)境聲場(chǎng)的聲波入射到電子設(shè)備殼體外表面時(shí)發(fā)生反射與透射，其中反射聲壓與入射聲壓合成后同時(shí)作用于殼體外表面；合成壓力載荷通過兩條途徑對(duì)電子設(shè)備器件內(nèi)部產(chǎn)生影響，一條是激發(fā)電子設(shè)備殼體結(jié)構(gòu)振動(dòng)，并通過殼體結(jié)構(gòu)及其與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)械連接，帶動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)振動(dòng)；另外一條是激發(fā)電子設(shè)備腔內(nèi)聲空間響應(yīng)，產(chǎn)生二次聲壓場(chǎng)，再由二次聲壓場(chǎng)激勵(lì)殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)；透射聲壓主要集中在低頻且量級(jí)較小，其作用遠(yuǎn)比前述兩條途徑微弱。

噪聲環(huán)境；電子設(shè)備；作用機(jī)理

0 引言

導(dǎo)彈等航天飛行器在發(fā)射飛行過程中，艙內(nèi)電子設(shè)備會(huì)受到發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)誘發(fā)的低頻(0～2000Hz)隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境，以及氣動(dòng)噪聲引起的寬頻(10Hz～10kHz)聲振激勵(lì)環(huán)境影響。

對(duì)于亞聲速導(dǎo)彈，噪聲環(huán)境對(duì)艙內(nèi)電子設(shè)備的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于低頻振動(dòng)環(huán)境。但隨著飛行速度的提高，特別是導(dǎo)彈再入大氣層超高速飛行時(shí)，噪聲的影響已非常顯著。因此，在超聲速/高超聲速導(dǎo)彈用電子設(shè)備的研制中，噪聲環(huán)境被明確列為與隨機(jī)振動(dòng)、沖擊過載并駕齊驅(qū)的三大力學(xué)環(huán)境條件之一。與隨機(jī)振動(dòng)相比，噪聲載荷的作用形式更加復(fù)雜、破壞性更為強(qiáng)烈。這一方面表現(xiàn)為作用頻帶更寬，另一方面表現(xiàn)在作用面積更大(注：隨機(jī)振動(dòng)只作用于電子設(shè)備與載體的機(jī)械連接部位，而噪聲載荷則作用于電子設(shè)備的所有外露表面)。因此，傳統(tǒng)的減振、隔振等結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和方法，在解決噪聲環(huán)境適應(yīng)性問題時(shí)遇到了巨大的挑戰(zhàn)。

本文工作的目的就是要剖析噪聲載荷從電子設(shè)備的外部進(jìn)入內(nèi)部的傳遞途徑、對(duì)內(nèi)部器件產(chǎn)生破壞作用的機(jī)理，從而為彈上電子設(shè)備的噪聲環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。本文利用一個(gè)理論抽象的數(shù)值計(jì)算模型，采用對(duì)比分析數(shù)值實(shí)驗(yàn)的方法歸納出一般性結(jié)論。

從學(xué)科來講，研究噪聲環(huán)境對(duì)彈上電子設(shè)備的作用，是典型的聲振耦合問題。它涉及流體力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)、彈性力學(xué)、計(jì)算力學(xué)、聲學(xué)等。做為一門交叉學(xué)科，近年來越來越成為航空航天、車輛、船舶與艦艇等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，且各具有不同的研究重點(diǎn)。航空航天的研究重點(diǎn)是飛行器殼體結(jié)構(gòu)、天線等面積和質(zhì)量比較大的結(jié)構(gòu)，在氣動(dòng)噪聲、隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)計(jì)算。例如：Maahs利用有限元方法對(duì)STEREO 衛(wèi)星的成像系統(tǒng)和高增益天線，在混響聲場(chǎng)中的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算；Cordioli等利用VA One 軟件對(duì)航天器太陽翼和天線在混響聲場(chǎng)中的加速度、位移、應(yīng)力響應(yīng)等進(jìn)行了分析；韓增堯等利用有限元方法和統(tǒng)計(jì)能量分析方法，對(duì)衛(wèi)星太陽翼噪聲響應(yīng)、整星高頻隨機(jī)振動(dòng)進(jìn)行了分析計(jì)算；王珺、張景繪等應(yīng)用聲學(xué)有限元+邊界元分析軟件Sysnoise，研究了飛行器儀器艙典型結(jié)構(gòu)在隨機(jī)振動(dòng)+混響聲場(chǎng)復(fù)合環(huán)境激勵(lì)下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)；白長(zhǎng)青等應(yīng)用有限元軟件ANSYS的諧響應(yīng)分析功能研究了結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生的空氣聲場(chǎng)，對(duì)航天器的理想化模型薄壁圓柱結(jié)構(gòu)，研究了動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響特性等。

車輛領(lǐng)域重點(diǎn)研究車室四周壁板的機(jī)械振動(dòng)，與其內(nèi)部聲腔聲振動(dòng)的耦合特性、內(nèi)飾材料對(duì)車室內(nèi)部噪聲場(chǎng)的影響、減振降噪設(shè)計(jì)等。這類研究中，通常將車身簡(jiǎn)化為帶有彈性壁板的矩形封閉聲腔，分析腔體的聲振耦合模態(tài)、空腔內(nèi)部的聲壓分布及其頻響特性。這方面的研究文獻(xiàn)較多，具有代表性的有：Kompella將汽車的各種振動(dòng)與汽車內(nèi)部噪聲進(jìn)行聲固耦合分析，開創(chuàng)了汽車內(nèi)部噪音控制研究的新局面；Nefske等對(duì)汽車內(nèi)部的噪音控制模型進(jìn)行了有限元研究，有效地預(yù)測(cè)了汽車內(nèi)部的聲學(xué)特性；戴揚(yáng)、陳藻等研究了具有彈性壁面的矩形封閉空腔中，壁板振動(dòng)模態(tài)與空間聲模態(tài)的耦合特性；鄧兆祥、曹友強(qiáng)等研究了結(jié)構(gòu)聲腔耦合系統(tǒng)頻率耦合機(jī)理以及聲固耦合系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)和路面激勵(lì)作用下的車內(nèi)聲學(xué)響應(yīng)。

艦艇與船舶領(lǐng)域重點(diǎn)研究彈性殼體結(jié)構(gòu)在湍流邊界層，脈動(dòng)壓力作用下的受激振動(dòng)、殼體結(jié)構(gòu)振動(dòng)、外場(chǎng)聲輻射的特性和規(guī)律，以及水下隱身設(shè)計(jì)等，這方面的研究文獻(xiàn)也相對(duì)較多。

本文采用載荷傳遞路徑分析方法來探討研究聲振耦合問題。主要內(nèi)容不僅包括當(dāng)前航空航天領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的殼體結(jié)構(gòu)在噪聲激勵(lì)下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)計(jì)算，也不僅包括當(dāng)前車輛領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的車室四周壁板的機(jī)械振動(dòng)與其內(nèi)部聲腔聲振動(dòng)的耦合特性和當(dāng)前船舶領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的聲輻射等，而且還包括被激發(fā)起來的結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)、腔內(nèi)聲場(chǎng)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的耦合特性，以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特性計(jì)算等。

載荷傳遞路徑分析方法研究聲振耦合問題，是對(duì)當(dāng)前聲振耦合理論應(yīng)用的進(jìn)一步拓展，鮮有人涉及，因而相關(guān)研究文獻(xiàn)亦極少。

1 模型的建立

彈上電子設(shè)備一般為一長(zhǎng)方體盒式結(jié)構(gòu)。盒子為其主體框架，起防護(hù)和機(jī)械連接作用，電子功能模塊安裝在盒子內(nèi)部。這里，參照聲學(xué)領(lǐng)域通常用來研究結(jié)構(gòu)機(jī)械振動(dòng)與聲腔聲振動(dòng)耦合特性所使用的經(jīng)典方法，建立一個(gè)具有N(N=1,2,3,4,5,6)個(gè)彈性壁面的矩形空腔理論抽象模型(其中一個(gè)壁面為彈性板，其他五個(gè)壁面為剛性板)。在該模型中，如果將腔體的一個(gè)壁面當(dāng)成是彈上電子設(shè)備的盒式殼體，環(huán)境噪聲載荷作用在壁的外表面，與其相對(duì)的另一個(gè)壁面當(dāng)成安裝于殼體內(nèi)部的功能部件結(jié)構(gòu)。其余四個(gè)壁面則為殼體與內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的機(jī)械連接，空腔等效于殼體與內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)之間的空氣間隙。殼體與內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間既通過機(jī)械連接又通過空氣連接，同時(shí)包含了電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性和內(nèi)部聲學(xué)特性。

在該模型中，無論是矩形壁板還是矩形空腔都存在規(guī)則的解析模態(tài)解，便于對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，且由于實(shí)際結(jié)構(gòu)的復(fù)雜模態(tài)可看成是基本規(guī)則模態(tài)的合成，所以認(rèn)為該模型是對(duì)彈上電子設(shè)備聲振耦合特性的理論抽象。模型的幾何形狀雖然為方形，但從模態(tài)分析的角度，可看成是其他任意復(fù)雜形狀的基元特征，因此認(rèn)為該模型不僅具有特殊性而且還具有一般性。

圖1 實(shí)體模型圖Fig.1 Solid model

所建立的矩形封閉空腔實(shí)體模型的外形尺寸與彈上電子設(shè)備的典型外形尺寸相當(dāng)，取為200mm×240mm×160mm，腔體壁厚5mm，如圖1所示；腔體材料為鋁，其彈性模量E=70GPa、泊松比μ=0.33、密度ρ=2700kg/m3、結(jié)構(gòu)阻尼損耗因子η=0.02，體縱波聲速cs=6260m/s；腔體內(nèi)外氣體環(huán)境均為一個(gè)大氣壓、20℃條件下的空氣，密度ρ0=1.21kg/m3，聲速c0=344m/s。在ANSYS15.0軟件環(huán)境下建立其有限元模型并完成計(jì)算。其中，腔壁采用六面體高階結(jié)構(gòu)單元SOLID186來劃分網(wǎng)格，腔內(nèi)空氣采用六面體高階流體單元FLUID220來劃分網(wǎng)格，在流體網(wǎng)格與結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的交界上，利用FSI界面載荷將結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與流體壓力耦合在一起。

計(jì)算得到，該模型在完全固定腔體的上下左右四個(gè)外表面，前/后壁板(注：法線與X軸平行的壁板)的第一階純結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率為1397Hz；腔內(nèi)聲空間的(1,0,0)、(2,0,0)、(3,0,0)簡(jiǎn)正模態(tài)頻率分別為903Hz、1805Hz，2710Hz。

圖2 用開縫代替密封不嚴(yán)的實(shí)體模型圖Fig.2 non-airproofed solid model with apertures

2 數(shù)值實(shí)驗(yàn)方案的確定

對(duì)于上面建立的理論抽象數(shù)值模型，可以通過對(duì)前壁板、除前壁板以外的其他壁板、空腔、腔體的機(jī)械約束等進(jìn)行不同方式的處理來達(dá)到不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。例如，將前壁板處理成結(jié)構(gòu)體或非結(jié)構(gòu)體(只是作為聲學(xué)介質(zhì))，可以對(duì)比分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性對(duì)噪聲載荷傳遞的影響；在前壁板上開縫或不開縫，可以對(duì)比分析腔體結(jié)構(gòu)的密封性能對(duì)噪聲載荷傳遞的影響；將除前壁板以外的其他壁板處理成空氣介質(zhì)或非空氣介質(zhì)，可以對(duì)比分析聲學(xué)腔體對(duì)噪聲載荷傳遞的影響；將空腔充滿空氣或抽成真空，可以對(duì)比分析氣體介質(zhì)對(duì)噪聲載荷傳遞的影響；對(duì)腔體機(jī)械約束的不同方式，代表了前后壁板之間不同程度的機(jī)械連接關(guān)系，可以對(duì)比分析機(jī)械連接對(duì)噪聲載荷傳遞的影響。將這些不同的處理方式進(jìn)行組合形成不同的數(shù)值實(shí)驗(yàn)方案，見表1。對(duì)于每種實(shí)驗(yàn)方案，所施加的環(huán)境噪聲條件是一致的，即，令聲壓級(jí)為160dB的單頻各向均勻聲場(chǎng)從前壁板的左側(cè)入射(假設(shè)壁面無限大，聲波不能衍射到壁板后面)，入射波的頻率從50～3000Hz變化，每隔10Hz進(jìn)行一次簡(jiǎn)諧響應(yīng)計(jì)算。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的提取可分為兩種情況，對(duì)于純聲學(xué)計(jì)算，主要觀察噪聲載荷穿過前壁板后的聲壓變化情況；對(duì)于聲振耦合計(jì)算，還要觀察前后壁板中央位置處的加速度響應(yīng)。

表1 數(shù)值實(shí)驗(yàn)方案列表Tab.1 Numerical experiment schemes

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖3 第一方案下，前壁板后靠近板中央位置處的聲壓隨頻率變化曲線Fig.3 Scheme 1: the curve of acoustic pressure near front wall with frequence

圖4 第一方案下，前壁板后中心線上的聲壓隨位置變化曲線Fig.4 Scheme 1: the curve of acoustic pressure behind front wall center with position

圖5 第二方案下，腔內(nèi)靠近前后壁板中央位置處的聲壓隨頻率變化曲線Fig.5 Scheme 2: the curve of acoustic pressure near front wall with frequence

圖6 第二方案下，前壁板后中心線上的聲壓隨位置變化曲線Fig.6 Scheme 2: the curve of acoustic pressure behind front wall center with position

圖7 第三方案下，腔內(nèi)靠近前后壁板中央位置處的聲壓隨頻率變化曲線Fig.7 Scheme 3: the curve of acoustic pressure near front wall with frequence

圖8 第三方案下，前壁板后中心線上的聲壓隨位置變化曲線Fig.8 Scheme 3: the curve of acoustic pressure behind front wall center with position

圖9 第四方案下，腔內(nèi)靠近前后壁板中央位置處的聲壓隨頻率變化曲線Fig.9 Scheme 4: the curve of acoustic pressure near front wall with frequence

圖10 第四方案下，前后壁板中央點(diǎn)處的加速度響應(yīng)隨頻率變化曲線Fig.10 Scheme 4: acceleration swing at front /black wall center point with frequence

圖11 第五方案下，前后壁板中央點(diǎn)處的加速度響應(yīng)隨頻率變化曲線Fig.11 Scheme 5: acceleration swing at front /black wall center point with frequence

圖12 第六方案下，前后壁板中央點(diǎn)處的加速度響應(yīng)隨頻率變化曲線Fig.12 Scheme 6: acceleration swing at front /black wall center point with frequence

圖13 第七方案下，腔內(nèi)靠近前后壁板中央位置處的聲壓隨頻率變化曲線Fig.13 Scheme 7: the curve of acoustic pressure near front wall with frequence

圖14 第七方案下，前后壁板中央點(diǎn)處的加速度響應(yīng)隨頻率變化曲線Fig.14 Scheme7: acceleration swing at front /black wall center point with frequence

圖15 第八方案下，腔內(nèi)靠近前后壁板中央位置處的聲壓隨頻率變化曲線Fig.15 Scheme 8: the curve of acoustic pressure near front wall with frequence

圖3～圖16所示分別為依據(jù)各實(shí)驗(yàn)方案得到的數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖16 第八方案下，前后壁板中央點(diǎn)處的加速度響應(yīng)隨頻率變化曲線Fig.16 Scheme8: acceleration swing at front /black wall center point with frequence

由圖3、圖4可以看出，入射聲波穿過薄壁鋁介質(zhì)后的透射聲壓隨頻率近似呈指數(shù)規(guī)律衰減，200Hz以后減弱到130dB以下，板后聲壓處處相等，不產(chǎn)生波動(dòng)。

由圖5、圖6可以看出，入射聲波穿過薄壁鋁介質(zhì)進(jìn)入封閉腔體內(nèi)部的透射聲壓不論是頻率分布還是空間分布，都與實(shí)驗(yàn)方案一進(jìn)入自由開放空間的情形存在顯著不同：在低于200Hz的低頻段，透射聲壓隨頻率的衰減規(guī)律及空間分布與實(shí)驗(yàn)方案一基本一致。但在200Hz以上的幾個(gè)特殊頻率點(diǎn)(注：為腔內(nèi)聲空間的簡(jiǎn)正頻率)附近，透射聲壓隨頻率急劇增大后又急劇衰落，出現(xiàn)尖峰，其幅值遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)方案一自由開放空間下，相同頻率附近的聲壓幅值，即：透射聲壓在腔內(nèi)出現(xiàn)頻率選擇性二次放大；這些選擇性放大的聲壓在腔內(nèi)的分布呈現(xiàn)出很規(guī)則的駐波曲線；受這些選擇性二次放大波的影響，其他頻率處的透射聲壓也沒能得到充分衰減。

由圖7、圖8可以看出，由于結(jié)構(gòu)體的振動(dòng)，壁板的隔聲性能發(fā)生了顯著變化，與實(shí)驗(yàn)方案一自由開放空間下的規(guī)律甚至相反：透射聲壓在低頻處顯著衰減，隨頻率升高而逐漸增大，在某個(gè)特殊頻率點(diǎn)處(注：為壁板結(jié)構(gòu)的第一階固有頻率)達(dá)到極大值后又逐漸衰減，但其幅值仍然高于在實(shí)驗(yàn)方案一自由開放空間下的情形，這時(shí)的彈性壁板類似一個(gè)高通濾波器，壁板后面的聲壓是濾波后的穿透聲壓與結(jié)構(gòu)振動(dòng)輻射聲壓的合成。

由圖9可以看出，入射聲波穿過彈性壁板進(jìn)入封閉空腔后的聲壓頻響分布情況，兼具實(shí)驗(yàn)方案二聲波透入封閉空腔內(nèi)的頻響特性與實(shí)驗(yàn)方案三聲波穿過自由開放空間彈性壁板結(jié)構(gòu)后的頻響特性。即：透射聲壓在低頻處顯著衰減，在幾個(gè)特殊頻率點(diǎn)處出現(xiàn)頻率選擇性二次放大；受其影響，這些峰值頻率點(diǎn)附近頻率處的聲壓也沒能得到充分衰減；除此而外，還增加了一些彈性壁板與封閉空腔耦合后引起的新特征，如位于2200～2600Hz之間三個(gè)尖峰點(diǎn)處的峰值比實(shí)驗(yàn)方案二單純封閉空腔時(shí)的明顯增大。

由圖10可以看出，入射聲波不僅引起前壁板振動(dòng)而且還引起后壁板振動(dòng)；前壁板振動(dòng)的峰值頻率只發(fā)生在前壁板結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)頻率點(diǎn)處，腔內(nèi)聲壓對(duì)其影響甚弱，只是在相應(yīng)頻率點(diǎn)處出現(xiàn)了一些微不足道的毛刺；后壁板振動(dòng)則主要受腔內(nèi)聲壓的影響，其加速度響應(yīng)峰值頻率幾乎與圖9中腔內(nèi)聲壓的峰值頻率一一對(duì)應(yīng)。

由圖11可以看出，在腔內(nèi)沒有聲波傳播的介質(zhì)即腔內(nèi)沒有聲壓時(shí)，前壁板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)幾乎不受影響，而后壁板結(jié)構(gòu)則幾乎不會(huì)發(fā)生振動(dòng)，即在這種約束情況下，前壁板幾乎不能直接通過固體結(jié)構(gòu)帶動(dòng)后壁板振動(dòng)，后壁板的振動(dòng)主要是由腔內(nèi)聲壓引起的。

與實(shí)驗(yàn)方案四結(jié)合起來看，說明聲波透入帶有彈性壁板的封閉空腔后產(chǎn)生的聲壓，能夠引起腔內(nèi)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非常顯著的振動(dòng)。即外界環(huán)境噪聲引起封閉腔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)不容忽視。

由圖12可以看出，噪聲載荷激發(fā)前壁板振動(dòng)，前壁板通過殼體結(jié)構(gòu)帶動(dòng)后壁板也產(chǎn)生同樣劇烈的振動(dòng)。

對(duì)比圖13與圖9可以看出，結(jié)構(gòu)約束狀態(tài)改變后，腔內(nèi)聲壓峰值的頻率幾乎沒有改變，只是其峰值稍有變化。這說明殼體與腔體的耦合作用程度發(fā)生改變。對(duì)比圖14與圖12可以看出，在腔內(nèi)充滿空氣時(shí)，純粹由結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳遞引起的后壁板的加速度頻率響應(yīng)曲線上增加了幾條毛刺，毛刺出現(xiàn)的頻率與圖13所示腔內(nèi)聲壓峰值出現(xiàn)的頻率一致。這說明后壁板的振動(dòng)是由殼體結(jié)構(gòu)振動(dòng)與腔內(nèi)聲壓波動(dòng)共同引起的。至于哪個(gè)是主要因素哪個(gè)是次要因素，則隨著具體結(jié)構(gòu)形式及腔體形狀不同而異，不能一概而論。在本例中，顯然殼體結(jié)構(gòu)振動(dòng)是引起后壁板振動(dòng)的主要因素。

對(duì)比圖15與圖9可以看出，由于微小縫隙使得殼體泄露后，腔內(nèi)聲空間的聲壓在高頻處的峰值分布幾乎沒有變化，只是部分頻率點(diǎn)處的峰值有所增加。但在低頻區(qū)域，這個(gè)微小的縫隙卻嚴(yán)重破壞了殼體結(jié)構(gòu)對(duì)入射聲波的高通低阻濾波功能，使得低頻聲波顯著地透入腔內(nèi)。

對(duì)比圖16與圖10可以看出，盡管縫隙使得腔內(nèi)的低頻聲壓顯著增強(qiáng)，但由于其頻率遠(yuǎn)低于后壁板結(jié)構(gòu)的固有頻率，所以對(duì)后壁板的振動(dòng)響應(yīng)沒有造成太大影響。反而使得后壁板在某些高頻點(diǎn)處的響應(yīng)減小，這主要是由于縫隙處的能量泄露減弱了腔內(nèi)聲場(chǎng)與后壁板結(jié)構(gòu)的耦合作用程度。在實(shí)際工程中，由于密封不嚴(yán)而產(chǎn)生的縫隙對(duì)腔體內(nèi)外氣體流通的阻滯程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該計(jì)算模型所設(shè)置縫隙的作用，所以認(rèn)為，殼體的密封質(zhì)量，對(duì)彈上電子設(shè)備在噪聲作用下的振動(dòng)響應(yīng)沒有太大影響。

4 結(jié)論

根據(jù)上面的分析，可以對(duì)環(huán)境噪聲載荷從電子設(shè)備外部傳遞到內(nèi)部，對(duì)其內(nèi)部器件作用的機(jī)理形成如下認(rèn)識(shí)：

1)環(huán)境聲場(chǎng)的聲波入射到電子設(shè)備殼體外表面時(shí)發(fā)生反射與透射。其中反射聲壓與入射聲壓合成后，同時(shí)作用于殼體外表面。

2)合成壓力載荷通過兩條途徑對(duì)電子設(shè)備內(nèi)部器件產(chǎn)生影響：一條是激發(fā)殼體結(jié)構(gòu)振動(dòng)，并通過殼體結(jié)構(gòu)及其與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)械連接，帶動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)振動(dòng)；另外一條是激發(fā)腔內(nèi)聲空間響應(yīng)產(chǎn)生二次聲壓場(chǎng)，再由二次聲壓場(chǎng)激勵(lì)殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)。即，一條為機(jī)械結(jié)構(gòu)連接路徑，另一條為氣體介質(zhì)連接路徑。

3)環(huán)境噪聲透過殼體后的透射聲壓主要集中在低頻，量級(jí)較小，對(duì)內(nèi)部器件的作用遠(yuǎn)比通過2)中所述兩條途徑產(chǎn)生的作用微弱。

4)類似密封不嚴(yán)等因素造成的殼體內(nèi)部腔體與外界的微通道對(duì)彈上電子設(shè)備在噪聲作用下的振動(dòng)響應(yīng)沒有顯著影響。

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Study on Action Mechanism of Noise Environment on Missile-borne Electronic Equipments

YAO Jian-jun, YU Sheng-qiang, ZHEN Rui, YAN Hong-song

(Beijing Institute of Automatic Control Equipment,Beijing 100074, China)

A vibro-acoustic coupled principle model is presented, and how the noise loads transfer from exterior of electronic equipments into interior and act on electronic components is researched by means of numerical experiments. Some conclusions obtained are those: the incidence acoustic wave arises reflection and refraction on the exterior surfaces of electronic equipments, and the synthesized acoustic pressure of incidence acoustic wave and reflection acoustic wave acts on them and makes effects on the interior electronic components by two ways, one is forcing the frame of electronic equipments to vibrate. then exciting the electronic components to vibrate via mechanism link, the other is exciting the interior sound field, then forcing the electronic components to vibrate. The less refraction acoustic pressure focuses mainly in lower frequency region, and the action is negligible.

Noise environment; Electronic equipment; Action mechanism

2015 - 03 - 15；

2015 - 04 - 20。

姚建軍(1974 - )，男，研究員，主要從事多物理場(chǎng)仿真分析與結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)方面的研究。

E-mail：yjjnl@sina.com

V414

A

2095-8110(2015)03-0120-08