复杂形状封闭薄壳内部存在散射体时的内部散射声场计算

基于覆盖域的思想和方法，本文给出了复杂形状封闭薄壳在内部存在散射体时的内部散射声场计算表达式．研究结果表明，该内部散射声场可表示为封闭薄壳的内部散射声场和这些散射体的外部散射声场之和的形式．最后用数值分析验证了该结论的正确性．     

传递矩阵法预报时空随机激励下任意薄壳腔体内部噪声

利用结构有限元结合声有限元及边界元方法,建立了任意薄壳腔体弹性壳板振动与内外声场的耦合模型,并计算了激励力与壳板振动和内部声场之间的传递矩阵;湍流边界层脉动压力具有时空随机面激励特性,引入整体形状函数矩阵,进一步推导弹性壳板广义节点力功率谱密度函数矩阵与随机面分布激励力功率谱密度函数的关系,再利用声振耦合传递矩阵,得到弹性壳板振动和内部声场功率谱密度函数与广义节点力功率谱密度函数矩阵的关系,形成随机分布激励下任意薄壳腔体结构振动及内部声场的计算方法。以典型的内外均有声介质且一面为弹性矩形板的矩形腔声振耦合模型为例,计算了弹性壳板振动和内部声场功率谱密度函数,并与解析方法进行了比较,两者基本吻合,偏差分别为1 dB和2 dB左右。传递矩阵法不受腔体结构及其内部区域形状的制约,具有良好的适用性。      

复杂封闭声场面板声学贡献度识别的等效源法

针对由复杂结构振动形成的封闭空间声场,提出了一种基于等效源法的面板声学贡献度分析方法。该方法首先利用基于等效源法的内部声全息技术,重构出振动结构表面的法向振速并实现对整个内部封闭声场的预测。再将振动结构的每个面板在腔体内部场点产生的声压分别用位于空腔表面附近的等效源在该点产生的辐射声压代替,将复杂的封闭非自由声场问题转化为简单的内部自由场问题,结合重建出的结构表面法向振速进而识别出封闭振动结构各面板对腔体内任意位置的声学贡献度。通过对复杂结构内声场的数值仿真和验证实验,分析了等效源的数量及与重建面距离等参数对重建精度的影响,结果表明所提方法不仅能够达到传统数值分析方法的计算精度,而且具有更简单的求解过程。      

适用于任意形状封闭空间的声场预测相干模型

针对现有几何声学的方法对封闭空间内声场进行预测时在中低频段出现较大误差的问题,该文提出一种近似圆锥声束追踪法和相干反射场理论相结合的声场预测新模型。在近似圆锥声束追踪法基础上,考虑声束轴线在边界多次反射时声压和相位的改变,最后计算不同声波之间的干涉效应,建立一种适用于任意形状封闭空间的声场预测相干模型。利用该模型对某一矩形封闭空间进行声场预测,通过对边界元法、Raynoise软件相干和非相干算法的预测结果和本模型的数值模拟结果对比。结果表明,文中提出的方法和边界元法的计算结果在中低频段非常吻合,两者的计算结果平均绝对误差为1.1 d B。本模型在中低频率下与同样考虑了相位的Raynoise相干算法相比有更好的准确性,在较高频率上,本模型计算结果与Raynoise相干算法计算结果非常吻合。     

边界元法计算已知振速封闭面的声辐射

采用边界元法求解封闭面在无限域声媒质中的辐射声场具有内存小、计算精度高、速度快等优点。但需处理被积函数在边界面上的奇异积分及表面Helmholtz方程在特征频率下无唯一解的问题。本文提出把内部Helmholtz方程与它关于内点坐标取导后的式子构成补充方程式,经与表面Helmholtz方程相结合,可求解任意频率下的声辐射问题;而在奇点附近区域,则提出用极坐标变换消除积分的奇异性。文中以轴对称形封闭面为例,计算了具有已知表面振速分布下的辐射声场。     

任意声场中非规则形状Rayleigh散射体的声辐射力研究

为满足声辐射力更广泛的应用,克服传统辐射力理论仅适合简单理想声场及规则形状散射体的局限性,建立了任意入射声场中非规则形状Rayleigh散射体的声辐射力计算理论.针对任意声场中流体质点沿曲线轨迹振动以及非规则散射体空间姿态随机取向的特点,在散射场计算中同时计入散射体质心甲移与姿态转动的影响,得到了更为普适性的散射场速度势函数.在此基础上,推导出适于任意声场中非规则散射体的声辐射力计算公式.实例研究表明,本文方法不仅完全满足简单声场规则散射体的辐射力计算,而且还适合于任意声场非规则散射体辐射力的应用,规则散射体的计算结果与传统方法完全一致,而对于非规则散射体证实了其旋转角速度不为零,且声辐射力随姿态不同而变化.     

充水有限长圆柱薄壳声散射:Ⅰ.理论

研究水中充水有限长圆柱薄壳的声散射。采用弹性薄壳理论结合边界条件导出了有限长圆柱薄壳倾斜入射时散射声场的解析解,内部充水的作用反映在系统总阻抗中增加了内部流体阻抗。数值计算表明,在反向散射声场中,刚性散射部分仅在正横附近有比较大的贡献,而斜入射时起主要作用的是弹性散射部分。散射波相速度频散曲线的计算表明,与内部真空的情况相比内部充水后除正横附近的纵波和剪切波以外,增加了一组内部流体引起的附加波,其对散射声场贡献非常重要。在计算的频率-角度谱图中,内部流体附加波呈现"碗"形共振曲线。      

小阻尼封闭空间声压级灵敏度分析与优化设计

本文研究了小阻尼界面封闭空间低频声学有限元分析、灵敏度分析和优化设计问题。分别用模态法和直接法计算了封闭空间内声压级响应，并推导了声压级响应对声空间边界形状控制参数的灵敏度分析公式，在此基础上建立了小阻尼空间声学问题的优化模型，同时给出了优化求解算法，并在JIFEX软件中进行了程序实现。本文提出的灵敏度分析和优化设计方法可以使声场的边界布局更为合理，从而达到改进小阻尼界面封闭空间声学性能的目的。数值算例验证了本文提出的灵敏度分析和优化算法的有效性。     

各向异性焊缝中超声相控阵瞬态声场仿真及缺陷定位方法

针对多层各向异性奥氏体不锈钢焊缝中超声相控阵瞬态声场的仿真问题,提出应用高斯声束等效点源模型计算宽带离散化的多个单频稳态声场,通过傅里叶变换将其拓展为瞬态声场,并分析了声场转换过程的主要影响参数.该方法可快速计算焊缝内部超声相控阵聚焦声场的瞬态能量分布和任意一点的时域波形信号.在此基础上针对多层奥氏体不锈钢焊缝内部缺陷...     

狭长封闭声场的近似圆锥束跟踪法模拟研究

狭长空间声传播特性研究对于地铁，长廊等场所的音质设计是非常有意义的，本文提出了模拟狭长封闭声场的近似圆锥束跟踪法，利用它研究了矩形和非矩形狭长声场的空间分布特性。仿真结果表明，对于狭长声场，经典扩散场理论并不适用，而利用本文的数值模拟方法能正确地分析这类声场的特性。     

基于声粒子分布积分的无网格声场计算方法

小尺度封闭空间内部声场的数值计算是声学设计、噪声控制等领域的关键技术。由于波动声学及几何声学方法计算频率上的限制,中频段声场计算问题一直是个难点。本文以声学无网格法为基础,提出了一种基于声粒子分布积分的无网格声场数值计算方法。文中利用声线跟踪理论计算声场中的声粒子分布,并以某个时间点上的声粒子作为蒙特卡罗法中的积分点,将其应用于无网格法中,从而获得声场中的节点声压。利用该方法对一个矩形封闭空间的中低频声场进行了计算,并与模态叠加法、商用声场计算软件、经典无网格法的结果进行了对比,证明基于声粒子分布积分的无网格声场数值计算方法在中低频段相较于传统基于网格的方法具有更高的精度。     

边界积分方程法求解目标的声散射T矩阵

提出了计算任意表面形状刚性边界目标散射的基于边界积分方程的T矩阵方法(TMM-BIE).利用Helmholtz积分方程法(HIEM)计算目标表面声场,替代扩展边界法(EBCM)计算中对目标表面声场的近似处理,解决了扩展边界法不能计算任意形状目标的散射T矩阵问题.文中计算了刚性边界的球目标、有限长圆柱目标以及非对称的三维散射体-猫眼(cat's-eye)模型的散射指向性和T矩阵.通过与解析解和HIEM结果比较,证明该方法的有效性.     

水下多层均匀材料的声特性

本文研究水和空气中由不同厚度的两层弹性板及消声橡胶共同组成的分层介质在斜入射时的声特性,并采用数值方法求解多层结构声场的线性方程组。得到反射,透射系数,当板的厚度远小于波长时,采用弹性薄壳振动模型和弹性波模型进行计算,它们的结果基本相同,但是薄壳振动模型更便于计算和理论分析;对系统反射系数和透射系数的计算结果表明,系统增加消声橡胶层后,极大地改变后射系数和透射系数的频率响应;频率升高,反射系数减小     

声场重构的声辐射模态阶数分析

利用声辐射模态法对椭球状声源辐射声场进行重构,分析了模态阶数对相对误差的影响,以及模态阶数与频率的关系;同时深入探讨了声源形状变化对模态阶数选取的影响。研究发现利用较少的模态阶数即可得到很好的重构效果,且声源形状的变化对重构所需模态阶数的影响较小,因此可将该方法用于任意形状声源的重构,体现了此方法在声场重构中的优越性。     

基于近场声全息的圆柱壳体内部声场重构效果的影响因素

在Neumann边界条件下基于近场声全息原理(NAH)重构了两端封闭的有限长圆柱壳体内部声场,计算出的结果与基于模态叠加法构建的内部声场进行比较,证明了重构方法的正确性,然后分别讨论了激励频率和全息面选择对NAH重构声场精度的影响以及重构面上不同位置的重构效果。     

室内声场的声像法计算机模拟

本文根据声像模型提出一适宜的算法。原则上,利用该算法能模拟符合简化条件的任意形状房间内某点与声源间的脉冲响应。并由此得出其它声学参数。脉冲响应模拟图样与现场实测图样较为吻合。此外,还就吸声材料分布及房间形状等因素对房间内某点声场的影响作了模拟运算。     

有限长导管声场预报的一种边界元方法

为了研究介质流动情况下有限长导管中点声源产生的声场,提出了一种以源势密度作为未知数的间接边界元方法.首先将整个求解空间划分为管内和管外两个相互独立的封闭域,然后利用压力和速度在开口处的连续条件和壁面边界条件将内外域的声场方程联立为一个矩阵方程,求解出源势密度后由源势密度计算出任意位置的声场.与Myers的基准数据比较表...     

小尺度阻尼边界封闭空间声传递函数的有限元素法计算

如何求解阻尼边界封闭空间中声源点到接收点的低频声传递函数已成为目前小尺度封闭空间可听化技术研究的关键技术，能处理任意形状及复杂边界条件的有限元素法可作为求解该问题的适合方法，以室内声声有源Helmholtz方程及其相应边界方程为基础，本文推导出了用于小尺度阻尼边界封闭空间声传递函数的有限元素求解方法，并编制了相应的计算机程序，在算例中，首先通过与模态叠加法计算结果进行比较，验证了该方法的正确性。最后计算了某型车体内腔中任意两点间声传递函数。     

谐振管形状对热声发动机内非线性声场的影响

研究了谐振管一端受活塞声源激励,另一端刚性封闭条件下,管道形状对热声发动机谐振管内部非线性声场的影响。基于流体力学基本方程建立了渐变截面谐振管内一维非线性声场的模型,考虑了黏性耗散及非线性效应的影响。利用伽辽金法数值求解了该模型的速度势方程,分析了谐振管形状、活塞振动速度及激励频率对管内声场的影响。将双曲形、指数形、锥形、正弦形等四种变截面谐振管内的非线性声场与圆柱形直管的情况进行了比较。结果反映了谐振管内声场的压力波动受活塞振动速度及谐振管形状的影响;显示了当活塞振动幅度较大时,谐振管内出现的波形畸变、频率曲线偏移、共振频率滞后等非线性现象;揭示了变截面谐振管在抑制管内的高阶谐波及提高压比等方面的优越性。      

充水圆柱壳声散射的环绕波分析

研究了内部充水圆柱壳散射声场的构成。采用弹性薄壳理论和Sommerfeld-Watson变换(SWT)方法导出散射声场的解析解。数值搜索环绕波的复波数极点,比较圆柱壳体内部真空和内部充水两种情况下表面环绕波的相速度、衰减等性质。用镜反射波和环绕波的叠加合成反向散射形态函数,与简正级数解符合良好。计算流体附加环绕波的回波时序并与实验数据对照。结果表明,流体附加环绕波的再辐射是内部充水圆柱壳的形态函数出现更加丰富的共振峰和回波结构形成的重要原因。