《Applied Acoustics》：Reconstruction method of radial excitation forces for cylindrical shells based on acoustic signal measurements
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本研究提出了一种创新的非接触式测量方法，用于重建圆柱壳表面的径向激励力。该方法通过圆柱形传声器阵列测量声场，并利用离散化的声辐射积分方程建立激励力到声场的传递矩阵，从而构建一个逆问题。通过迭代重加权Tikhonov正则化方法求解该反问题，能够从测量的声压数据中精确识别出点激励的幅值与位置。数值模拟与实验均验证了该方法在识别等效界面力方面的有效性，这对于评估隔振系统性能和预测辐射噪声具有重要工程价值。
Highlights (亮点)
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本研究提出了一种基于声信号测量的非接触式圆柱壳径向激励力重建方法。
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通过离散化点激励下的辐射声场积分方程，建立了激励力到声场的传递矩阵。
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构造了正则化目标函数，并利用迭代重加权Tikhonov正则化求解，实现了激励力幅值和位置的同时精确识别。
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在两端简支的圆柱壳上进行的数值仿真和实验验证了该方法的有效性。
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系统地研究了信噪比、传声器阵列长度和结构模态等关键参数对重建精度的影响。
Numerical simulation (数值仿真)
为了验证所提出的基于辐射噪声重建激励力方法的有效性，在有限元软件中对一个简支圆柱壳施加了不同数量的激励力，并利用由多个圆形阵列组成的圆柱阵列收集辐射声场数据，如图2所示。随后，利用收集到的声场数据重建激励力。为了定量评估重建精度，引入了误差评估指标。仿真结果表明，该方法能够准确重建激励力的幅值和位置，并探讨了信噪比、阵列长度和结构模态对重建结果的影响。
Experiment on excitation force reconstruction (激励力重建实验)
为了验证所提出方法的实际有效性，在两端简支的圆柱壳上进行了激励力重建实验研究。在170 Hz到510 Hz的频率范围内，对壳体施加了单个激励力。壳体参数如下：半径0.2 m，长度1.2 m，厚度0.0048 m，密度7.85×103kg/m3，杨氏模量2.06×1011Pa，泊松比0.28。如图14(a)所示，实验装置包括激励系统、圆柱壳试件、传声器阵列及数据采集系统。通过对比重建的激励力幅值与实际施加的激励力幅值，验证了该方法在不同频率下的准确性，即使在存在一定测量噪声的情况下也能获得可靠的识别结果。
Conclusion (结论)
本文提出了一种基于圆柱传声器阵列声压测量的非接触式激励力重建方法，用于识别圆柱壳表面的径向激励力。通过数值离散径向点激励下的辐射声场积分，构建了激励力与辐射声场之间的传递矩阵，并建立了从测量声压中重建力的逆问题模型。利用点激励固有的空间稀疏性，构造了正则化的目标函数，并采用迭代重加权Tikhonov正则化方法进行求解，实现了激励力幅值和位置的同时识别。数值模拟和实验研究均表明，该方法能够有效重建激励力。研究还系统分析了信噪比、传声器阵列长度和结构模态等关键参数对重建精度的影响。该方法为在已知边界条件下从辐射噪声中重建激励力提供了理论框架，仅需壳体的材料和结构参数。通过使用传声器阵列进行非接触测量，保持了结构的原始质量分布，避免了传感器可能引起的扰动，同时显著提高了测量效率。
