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3．2無質(zhì)量約束的優(yōu)化設(shè)計去除質(zhì)量約束后，將蝸殼前后側(cè)板和蝸板的3個厚度作為設(shè)計變量，將速度平方和作為目標(biāo)甬?dāng)?shù)．整個優(yōu)化過程運(yùn)行了53步，其中隨機(jī)優(yōu)化法完成優(yōu)化的步數(shù)為51，一階優(yōu)化的步數(shù)為2．由于優(yōu)化次數(shù)太多，所以這里僅列出了由隨機(jī)優(yōu)化方法和一階優(yōu)化方法計算得到的兩組最優(yōu)序列。4優(yōu)化前后的聲場計算為了進(jìn)一步討論結(jié)構(gòu)減振與降噪之間的關(guān)系，在此列出了優(yōu)化前后石家莊市風(fēng)機(jī)廠蝸殼的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和計算結(jié)果，本文使用SYSNOISE軟件計算了蝸殼振動向外輻射的聲場(見圖3)，由于采用的是直接邊界元方法，因此邊界元網(wǎng)格模型為封閉式結(jié)構(gòu)，即用虛擬面將蝸殼進(jìn)出口封閉，邊界元模型進(jìn)出口為自由邊界．將由ANSYS得到的振動響應(yīng)計算結(jié)果從細(xì)網(wǎng)格到粗網(wǎng)格進(jìn)行插值后作為其他單元的速度邊界條件，其中空氣的物理參數(shù)設(shè)置如下：密度p=1．225kg／m3，聲速c=340 m／s．為了便于對比優(yōu)化前后的結(jié)果，本文分別將蝸殼壁面振動速度和場點(diǎn)聲壓以級差L。k的形式來表示，并分別取參考速度為1．0×10一m／s。參考聲壓為2．0X 10～Pa．級差的計算式為L：nlg爭(5)nmf式中：a為選擇系數(shù)，n=20；A“為振動速度或場點(diǎn)聲壓的有效值，Ad一2--1／2A；Ad為振動速度或場點(diǎn)聲壓的參考值．根據(jù)插值結(jié)果獲得的各蝸殼壁面振動速度的最大幅值如表4所示．若速度級差的取值范圍為o～63 dB，優(yōu)化前后蝸殼壁面的振動速度幅值分布如圖4～圖6所示．從圖4～圖6可以看出，優(yōu)化前石家莊市風(fēng)機(jī)廠蝸殼的主要振動部位是在其出口處，其他部位的振動幅值較小，所以優(yōu)化前石家莊市風(fēng)機(jī)廠蝸殼的出口是主要的噪聲源．質(zhì)量不變經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的蝸殼出口振動幅度有所降低，無質(zhì)量約束經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的蝸殼出口振動幅度降低的程度更大，無質(zhì)量約束壁面整體振動幅值比前兩種均有所下降且分布更加均勻．為了獲得蝸殼振動產(chǎn)生的噪聲在空間中的分布情況，本文在石家莊市風(fēng)機(jī)廠中心建立了半徑為1 m的球形殼體，再利用該球體表面上的聲壓來觀察優(yōu)化前后蝸殼在基頻580 Hz處的場點(diǎn)聲壓分布情況．
本文根據(jù)場點(diǎn)最大聲壓值設(shè)置了場點(diǎn)聲壓的取值范圍(20～75 dB)，聲壓分布如圖7～圖9所示．從圖7～圖9可以看出，優(yōu)化后蝸殼的整體聲壓均比優(yōu)化前有所下降。其中無質(zhì)量約束優(yōu)化后的蝸殼噪聲輻射聲壓比質(zhì)量不變優(yōu)化后的蝸殼噪聲輻射聲壓下降得更為明顯，具體結(jié)果如表6所示．通過與原蝸殼聲學(xué)計算結(jié)果比較可以看出，質(zhì)量不變優(yōu)化后的蝸殼噪聲輻射的最大聲壓提高了0．89 dB，無質(zhì)量約束優(yōu)化后的蝸殼噪聲輻射的最大聲壓下降了5．42 dB，經(jīng)過這兩種方式優(yōu)化后的蝸殼噪聲輻射聲功率均明顯下降，其中無質(zhì)量約束優(yōu)化后蝸殼的輻射聲功率最?。畯臏p振優(yōu)化設(shè)計和聲學(xué)數(shù)值計算結(jié)果可以看出．經(jīng)過減振優(yōu)化設(shè)計后的蝸殼，其壁面噪聲輻射聲功率和整體場點(diǎn)聲壓均有所降低．且振動速度越小，噪聲下降得越明顯，所以通過減小蝸殼振動，可以降低結(jié)構(gòu)輻射噪聲．
5結(jié)論本文研究了T9—19No．4A型前向離心石家莊市風(fēng)機(jī)廠的減振降噪問題。結(jié)果如下．
(1)針對離心石家莊市風(fēng)機(jī)廠蝸殼提出了一種減振降噪的數(shù)值優(yōu)化設(shè)計方法．為了節(jié)約優(yōu)化迭代中的聲場計算開銷，優(yōu)化迭代僅針對蝸殼結(jié)構(gòu)振動最小而展開，聲場計算僅涉及結(jié)構(gòu)振動優(yōu)化的最終結(jié)果而進(jìn)行．本文利用ANSYS軟件對石家莊市風(fēng)機(jī)廠蝸殼進(jìn)行了參數(shù)化建模，并選擇了蝸殼壁面振動速度的平方和作為目標(biāo)函數(shù)．優(yōu)化結(jié)果表明：若質(zhì)量和蝸殼壁厚在限定的范圍內(nèi)，必然存在一個蝸殼壁厚尺寸的相對最佳組合，利用該組合可在不增加蝸殼材料成本的前提下實現(xiàn)減小蝸殼振動的優(yōu)化設(shè)計；在無質(zhì)量約束下，通過全局優(yōu)化可以進(jìn)一步找到蝸殼局部壁厚尺寸的最佳組合，由此取得減小蝸殼振動的最佳優(yōu)化設(shè)計結(jié)果．
(2)針對優(yōu)化前后的蝸殼結(jié)構(gòu)，利用聲學(xué)仿真軟件s1恪N()ISE對蝸殼振動輻射噪聲進(jìn)行了計算．結(jié)果表明，通過小蝸殼振動來優(yōu)化蝸殼壁厚尺寸，可以達(dá)到降低蝸殼振動的輻射聲功率的目的，而且蝸殼壁面振動速度平方和越小，蝸殼壁面輻射聲功率就越，J、．
(3)本文是以基頻激勵下蝸殼結(jié)構(gòu)振動與振動聲輻射的關(guān)系作為研究對象的，實際上還應(yīng)考慮其他脈動頻率(如基頻的高次諧波)．如果要定量驗證本文方法的正確性，還需利用實驗的方法，但目前的數(shù)值結(jié)果至少表明本文方法是一條可以繼續(xù)探索的途徑，其為離心壓縮機(jī)及其進(jìn)出口都連接管道系統(tǒng)的離心風(fēng)機(jī)的降噪研究提供了有益的參考．