基于虚拟激励法的结构随机振动声辐射分析

论文基于有限元法、边界元法和虚拟激励法,对随机激励下结构振动声辐射问题进行研究.提出了一种计算随机激励下结构振动声辐射问题的新方法,其中,有限元法用于计算结构谐振响应,边界元法用于计算结构振动声辐射,虚拟激励法结合有限元和边界元计算随机激励下结构振动声辐射问题.数值算例表明,论文方法在计算精度上与传统方法等价,且更具高效性.     

复数矢径虚拟边界谱方法在二维空穴声辐射和散射问题中的应用

基于复数矢径虚拟边界积分法,通过将虚拟积分曲线上的未知源强密度函数用Fourier级数展开,同时借助快速数值Fourier变换计算程序,提出了一种求解二维任意形状空穴声辐射和散射问题的复数矢径虚拟边界谱方法该方法具有以下特点:(Ⅰ)不存在奇异积分处理;(2)采用复数矢径虚拟边界积分方法,不仅保证了解的唯一性,而且由于虚拟源强密度函数采用Fourier级数展开,克服了用单元离散方法不能用于较高频率范围的缺点;(3)采用快速数值Fourier变换技术使计算效率大幅度提高文中给出的计算结果表明:在求解任意形状二维空穴声辐射和散射问题上较通常采用的FEM、BEM和VBEM更为有效.     

伸缩虚拟边界元法解二维Helmholtz外问题

以位势理论为基础,提出了求解Helmholtz外问题的伸缩虚拟边界元法．给出了该方法在全波数域内获得唯一解的严格数学证明,其核心是通过伸缩虚拟边界使对偶内问题的特征频率(本征值)避开与波数重合,从而保证了解的唯一性,同以往前人提出的几种解法途径相比,该法简单得多;通过诸多边界曲线形状和不同边界量的声辐射算例,从计算精度、稳定性以及克服解的非唯一性等方面,对该方法进行了检验．计算结果表明：对远场或近场辐射声压,该方法都具有非常高的效率和精度．     

基于模态叠加法的航空发动机轮盘振动特性研究

以某型航空发动机轮盘为研究对象,分别通过数值模拟和试验测试获得结构特定振型下的模态参数;提出采用模态置信度开展模态振型的相关度评价;基于模态叠加法开展轮盘结构谐响应分析,并通过理论推导和数值仿真开展结构阻尼和激励量值对振动响应的影响规律研究。结果表明,在轮盘结构三节径振型处,共振频率计算结果与测试结果相差1.7%,验证了模态测试的正确性。模态振型置信度为0.999,说明模态测试与仿真结果吻合较好。通过谐响应分析得到轮盘最危险点的幅频曲线,并基于数值仿真验证了轮盘结构振动响应幅值与模态阻尼呈反比、与激励量值呈正比的理论推导的正确性。     

半平面问题远域辐射阻尼的时域边界元法模拟研究

辐射阻尼在岩石基坑爆破开挖、边坡稳定、结构抗震以及结构-地基动力相互作用等实际工程问题中具有重要意义.为了模拟半平面问题的远域辐射阻尼,以时域边界元法(TD-BEM)理论为基础,根据应力波在弹性介质中的传播特性,在时域内提出了一种新的单元,即自适应半无限边界单元,专门用于离散远域半无限边界.该单元外侧节点是一个始终处于...     

基于坐标变换精确计算近奇异积分的双向sinh变换法

提出一种与坐标变换相结合的双向sinh变换方法用于精确计算近奇异积分.首先利用坐标变换法对近奇异积分进行双向分离,再针对分离出的两个方向的积分形式,根据复变函数极点理论,构造双向sinh变换.与传统结合环向变换和极坐标变换的单向sinh变换以及迭代sinh变换方法相比,双向sinh变换法的计算精度更高,并且最近点的位置...     

基于时间依赖基本解的奇异边界法模拟二维狄利克雷边界标量波方程

奇异边界法是一个半解析边界配点强格式方法,具有无数值积分和无网格、编程容易以及数学简单等优点。本文首次将时间依赖基本解运用于奇异边界法,计算模拟二维标量波方程;结合确定源点强度因子的反插值技术,提出了二维狄利克雷边界标量波方程源点强度因子的一个经验公式;引进了解决波方程基本解G奇异性的一种无奇异积分处理方法。数值实验证明,基于时间依赖基本解的奇异边界法可精确高效地模拟二维狄利克雷边界标量波方程,在计算效率、精度、稳定性和适应性等方面有明显优势。     

势问题的重构核粒子边界无单元法

将重构核粒子法和势问题的边界积分方程方法结合,提出了势问题的重构核粒子边界无单元法. 推导了势问题的重构核粒子边界无单元法的公式,研究其数值积分方案,建立了重构核粒子边界无单元法的离散化边界积分方程,并推导了重构核粒子边界无单元法的内点位势的积分公式. 重构核粒子法形成的形函数具有重构核函数的光滑性,且能再现多项式在插值点的精确值,所以该方法具有更高的精度. 最后给出了数值算例,验证了所提方法的有效性和正确性. }      

基于扰动方程的超音速轴对称射流马赫波辐射研究

超音速不稳定波是导致剪切流失稳和转捩的主要不稳定模态,这种模态以马赫波的形式辐射到远场,从而产生强烈的声场。采用线性稳定性理论和非线性扰动方程(NLDE)分析,计算超音速轴对称射流不稳定波的扰动演化(Ma=2.1),对马赫波辐射进行研究,包括马赫波辐射方向、辐射源位置,以及随斯特劳哈尔数的变化情况。研究结果表明,在超音速轴对称射流中,马赫波沿固定方向辐射向远方,不稳定波相位沿另一方向传播,这两个方向相互正交;马赫波辐射源位置位于不稳定波压力幅值最大处;斯特劳哈尔数St越大,马赫波辐射的能力越强,辐射区域越集中。     

压电压磁复合材料中裂纹对反平面简谐弹性波的散射问题

分析了压电压磁复合材料中裂纹对反平面简谐弹性波的散射问题。利用傅立叶变换,使问题的求解转换为对一对以裂纹表面上的位移差为未知变量的对偶积分方程的求解。为了求解对偶积分方程,把裂纹面上的位移差展开为雅可比多项式形式,进而得到了裂纹长度、入射波波速及入射波频率对裂纹应力强度因子的影响。从数值结果可以看出,压电压磁复合材料中可导通裂纹的反平面问题的动应力奇异性与一般弹性材料中的反平面断裂问题动应力奇异性相同。     

WAVE SUPERPOSITION METHOD BASED ON VIRTUAL SOURCE BOUNDARY WITH COMPLEX RADIUS VECTOR FOR SOLVING ACOUSTIC RADIATION PROBLEMS

By virtue of the comparability between the wave superposition method and the dynamic analysis of structures, a general format for overcoming the non-uniqueness of solution induced by the wave superposition method at the eigenfrequencies of the corresponding interior problems is proposed. By adding appropriate damp to the virtual source system of the wave superposition method, the unique solutions for all wave numbers can be ensured. Based on this thought, a novel method-wave superposition method with complex radius vector is constructed. Not only is the computational time of this method approximately equal to that of the standard wave superposition method, but also the accuracy is much higher compared with other correlative methods. Finally, by taking the pulsating sphere and oscillating sphere as examples, the results of calculation show that the present method can effectively overcome the non-uniqueness problem.     

平面问题等价边界积分方程的三次边界轮廓法

基于弹性力学平面问题等的边界积分方程,给出了三次单元的边界轮廓法。根据平面问题解的复变函数表示,构造了三次形函数。给出了对于混合边值问题求解系统方程确定的边界轮廓方程配置和三次单元界轮廓法的实施。     

THE MESHLESS VIRTUAL BOUNDARY METHOD AND ITS APPLICATIONS TO 2D ELASTICITY PROBLEMS

A novel numerical method for eliminating the singular integral and boundary effect is processed. In the proposed method, the virtual boundaries corresponding to the numbers of the true boundary arguments are chosen to be as simple as possible. An indirect radial basis function network (IRBFN) constructed by functions resulting from the indeterminate integral is used to construct the approaching virtual source functions distributed along the virtual boundaries. By using the linear superposition method, the governing equations presented in the boundaries integral equations (BIE) can be established while the fundamental solutions to the problems are introduced. The singular value decomposition (SVD) method is used to solve the governing equations since an optimal solution in the least squares sense to the system equations is available. In addition, no elements are required, and the boundary conditions can be imposed easily because of the Kronecker delta function properties of the approaching functions. Three classical 2D elasticity problems have been examined to verify the performance of the method proposed. The results show that this method has faster convergence and higher accuracy than the conventional boundary type numerical methods.     

二维稳态辐射声场的光滑有限元-完美匹配层解法

针对外场声学有限元计算精度偏低的问题, 将光滑有限元技术引入到二维稳态辐射声场预测中, 提出了光滑有限元-完美匹配层解法. 该解法采用完美匹配层截断声场计算域, 并将其离散为等参四边形单元, 采用指数吸收函数实现完美匹配层内参数坐标和笛卡尔坐标的映射关系, 采用光滑声压梯度技术计算辐射声场刚度矩阵, 将形函数梯度的域内积分转换为形函数域边界积分. 某汽车二维声腔辐射声场的数值分析结果表明, 与标准有限元-完美匹配层相比, 光滑有限元-完美匹配层解法在完美匹配层内的声波吸收效果更好, 在计算域内的数值计算精度更高, 具有良好的工程应用前景.      

各向异性介质的弹性波散射问题的边界元方法

本文引用加权残数法建立了各向异性介质内含任意形式异质夹杂时的散射问题的边界积分方程式,导出了相应的辐射条件,计算了内含圆柱体,椭圆柱体、界面裂纹情形下对SH 波的散射位移场、应力场以及散射横截面.数值结果表明本方法用于解答各向异性介质的弹性波散射问题具有良好的精度和应用前景.     

基于Lamb波频散特性的薄板声发射源定位方法研究

声发射源时差定位方法中波速的确定是定位准确的关键问题,根据模态声发射理论,声发射信号在薄板内的传播过程中具有频散现象和多模态特性.不同频率不同模态的声波其传播速度不同.基于Lamb波频散特性和声发射检测技术,采取时频联合分析方法对铝薄板中声波模式进行识别;利用低频段频散不明显的扩展波的波速和同一频率同一模态波到达两传感器的时间差来实现声发射源的准确定位;通过铝薄板中AE源定位实验表明,采用S0模式,即扩展波的波速进行定位计算,可以比较准确地确定声发射源的位置,而且理论值与实际值相差很小.     

A NOVEL SEMI-ANALYTICAL METHOD FOR SOLVING ACOUSTIC RADIATION FROM LONGITUDINALLY STIFFENED INFINITE NON-CIRCULAR CYLINDRICAL SHELLS IN WATER

Based on the extended homogeneous capacity high precision integration method and the spectrum method of virtual boundary with a complex radius vector, a novel semi-analytical method, which has satisfactory computation effectiveness and precision, is presented for solving the acoustic radiation from a submerged infinite non-circular cylindrical shell stiffened by longitudinal ribs by means of the Fourier integral transformation and stationary phase method. In this work,besides the normal interacting force, which is commonly adopted by some researchers, the other interacting forces and moments between the longitudinal ribs and the non-circular cylindrical shell are considered at the same time. The effects of the number and the size of the cross-section of longitudinal ribs on the characteristics of acoustic radiation are investigated. Numerical results show that the method proposed is more efficient than the existing mixed FE-BE method.