水中阻尼复合箱体结构的振动声辐射特性研究

基于结构有限元法和声学边界元法,建立弹性层-粘弹性层-外部声场耦合声振数值计算模型,对敷设阻尼材料的壳体结构在水中的振动声辐射性能作了系统的研究。研究结果表明:敷设粘弹性阻尼层使结构振动响应和声辐射水平明显降低, 其减振降噪的效果与阻尼层的几何尺寸、物理参数和外激励频率有关;同未敷设阻尼层的弹性结构相比,敷设粘弹性材料的方箱结构在水中的振动响应,受流体可压缩性的影响不大,同时,不同流体边界条件(自由液面和刚性壁面)的影响也相对减弱。     

含损伤黏弹性阻尼加筋层合板声功率和指向性变异*

该文旨在研究损伤位置和程度对自由阻尼加筋层合板声辐射功率和指向性的影响。基于Mindlin和Timoshenko梁理论,建立了自由阻尼层合板-梁组合结构有限元模型。数值求解四边简支边界条件自由阻尼加筋层合板振动响应,继而通过Rayleigh积分计算加筋层合板辐射声功率和指向性。将计算得到的前4阶模态固有频率、声辐射功率与指向性与已有文献进行了对比基本一致,验证了数值模型的正确性。最后,详细讨论了损伤位置和程度对自由阻尼加筋层合板固有频率、振型、声辐射功率和指向性的影响,结果表明：随着结构损伤程度的增大,声辐射功率峰值向低频移动,在更多角度上出现明显的指向性;声辐射功率和指向性对损伤位置比损伤程度更加敏感。     

改进的半空间频率均方声压法计算结构频带振动声辐射

为计算中高频半空间结构频带振动下声辐射问题,推导了基于能量源的半空间频率均方声压法(Frequency Averaged Quadratic Pressure,FAQP),并提出了改进的半空间FAQP法,克服了半空间FAQP法在失效频率下解不唯一的问题。频率带宽为4 Hz的刚性壁面作用下的脉动球和与自由表面相接触的脉动半球的声辐射数值计算,验证了改进的半空间FAQP法对解决失效频率下解不唯一问题的有效性。同时,刚性壁面作用下的脉动球和与自由表面相接触的脉动半球声辐射数值计算结果均表明,在1/3倍频程下,改进的半空间FAQP法与常规边界元方法相比,具有更高的计算精度,更适用于中高频计算。      

水下复杂壳体结构在多源激励下的振动及声辐射特性研究

为了综合评估水下复杂壳体结构在多源激励下的振动与声辐射特性,专门设计了一个多舱段复杂壳体模型,分别进行了单台设备激励、多台设备激励的壳体振动与声辐射试验。试验结果表明,多源激励下的结构响应和辐射声场可以近似为单源激励下结构响应和辐射声场的非相干叠加。通过对激励源与结构响应、辐射声场之间传递关系的理论分析,讨论了以单源激励响应非相干叠加合成得到多源激励响应的合理性和误差。研究结果对复杂壳体结构在实际激励下的振动与噪声预报具有重要价值。      

水下加筋板振动声辐射的代理模型研究

基于kriging模型建立了水下结构振动声辐射计算的代理模型,可对水下结构的共振频率和声功率级进行预测。还将主分量分解和kriging模型相结合建立了可对整个计算频段内的振动声辐射响应进行预测的代理模型。这些代理模型可以基于样本信息在整个设计空间对水下结构的振动声辐射响应进行实时预测。文中以水下加筋板的振动声辐射为例进行了代理模型的构造和验证。计算结果表明:使用基于kriging方法的代理模型预测水下结构的共振频率及声功率级具有非常高的精度;使用基于主分量分解和kriging模型的代理模型预测整个计算频段内非共振频率处的声功率级响应也具有很好的精度。在水下结构振动声辐射的设计优化中,可以根据需要单独或联合使用这些代理模型。     

基于波数域直接求解法的正交加筋板声辐射研究

为了研究正交加筋板的声辐射问题,基于波数域直接求解法,建立了研究正交加筋板声辐射特性的理论模型。先利用傅里叶变换法求解周期结构的声振理论模型,得到波数域中关于结构响应的无限大耦合代数方程组,采用数值方法将其截断成有限项求解,结合稳相法便可快速获得远场辐射声压。该方法对单向和正交加筋板的预测结果与现有文献中的理论结果取得了良好的吻合,验证了理论模型的准确性和可靠性;并进一步通过数值算例研究了作用点位置,加强筋间距及平板厚度对结构声辐射特性的影响。     

基于波数域直接求解法的正交加筋板声辐射研究

为了研究正交加筋板的声辐射问题,基于波数域直接求解法,建立了研究正交加筋板声辐射特性的理论模型。先利用傅里叶变换法求解周期结构的声振理论模型,得到波数域中关于结构响应的无限大耦合代数方程组,采用数值方法将其截断成有限项求解,结合稳相法便可快速获得远场辐射声压。该方法对单向和正交加筋板的预测结果与现有文献中的理论结果取得了良好的吻合,验证了理论模型的准确性和可靠性;并进一步通过数值算例研究了作用点位置,加强筋间距及平板厚度对结构声辐射特性的影响。      

强弱耦合板-腔系统的声辐射模态计算与分析EI北大核心CSCD

针对板-腔耦合系统的声辐射模态(ARM)计算问题,提出了一种基于能量原理的声辐射模态计算方法,该方法从能量原理的动力学方程构建起声压模态幅值和结构模态幅值的关系,通过将声势能表示为结构模态幅值向量的二次型形式,得到板-腔耦合系统的声辐射模态,弥补了前人理论在解决声腔为阻抗壁面和结构-声为强耦合条件时的不足。通过数值算例验证了本文计算方法的正确性和有效性,在此基础上分析了壁面和结构-声耦合条件变化对声辐射模态特性的影响。结果表明:声辐射模态辐射效率曲线会在声腔模态频率处产生峰值,阻抗壁面的引入会降低声辐射模态辐射效率在峰值处的幅值,并且阻抗值越小,幅值衰减效应越明显,具体表现为声势能曲线在辐射效率峰值频率处幅值会下降;强耦合条件下低频段声势能响应主要由弹性板结构模态激发,响应峰值密度更高,幅值更低。低频同频宽的声辐射模态辐射效率峰值数更少,峰值频率更高。     

结构声辐射的振动模态分析和声辐射模态分析研究

基于辐射声功率的二次型表达式,采用有限元法、Rayleigh积分和边界元法对结构声辐射进行了振动模态分析和声辐射模态分析研究。振动模态间的耦合对辐射声功率影响的研究表明: 结构各阶振动模态自身对结构辐射声功率的贡献是增大结构的辐射声功率,而振动模态间的耦合可能会增大结构辐射声功率,也可能会减小结构辐射声功率,或对辐射声功率没有影响。而且,当振动模态间的耦合作用对辐射声功率的影响不大时,采用振动模态控制可取得较好的减振降噪双重控制效果。将混合的Helmholtz积分方程方法用广义逆引入到三维复杂结构声辐射分析的声辐射模态公式中,解决了特征频率下解不唯一问题。还研究了正方形封闭空间结构声辐射模态的辐射效率和形状,并对结构声辐射的振动模态控制和声辐射模态控制进行了讨论。     

结构振动和声辐射的可控性和可观性指标

结构振动和声辐射的可控性和可观性指标对有源控制系统作动器/传感器的布置具有重要意义。对结构振动和声辐射的可控性和可观性指标进行了研究,提出了基于声压输出的振动模态可观性指标,在振动模态可控性和可观性指标的基础上,结合振动模态的声辐射效率,提出了结构声辐射的可控性和可观性指标和基于声压输出的可观性指标。以板结构为例,对结构振动和声辐射的可控性和可观性指标进行了计算分析和讨论,比较了基于声压输出和基于振动响应输出的振动模态可观性,重点研究了基于声压输出的振动模态可观性和结构振动及声辐射的可观性特点,最后对指标值在结构声有源控制中输入(输出)位置选择上的应用进行了讨论和比较,通过数值仿真对指标的有效性进行了验证。     

结构振动和声辐射的可控性和可观性指标

结构振动和声辐射的可控性和可观性指标对有源控制系统作动器/传感器的布置具有重要意义。对结构振动和声辐射的可控性和可观性指标进行了研究,提出了基于声压输出的振动模态可观性指标,在振动模态可控性和可观性指标的基础上,结合振动模态的声辐射效率,提出了结构声辐射的可控性和可观性指标和基于声压输出的可观性指标。以板结构为例,对结构振动和声辐射的可控性和可观性指标进行了计算分析和讨论,比较了基于声压输出和基于振动响应输出的振动模态可观性,重点研究了基于声压输出的振动模态可观性和结构振动及声辐射的可观性特点,最后对指标值在结构声有源控制中输入(输出)位置选择上的应用进行了讨论和比较,通过数值仿真对指标的有效性进行了验证。      

结构振动模态声辐射理论及试验研究

从结构振动声辐射的一般规律、自由声场的声功率辐射理论和结构振动模态原理入手,对结构振动模态的声辐射与外加激励、模态参数之间的关系进行了理论推导和研究,得到,当激振点不变,振动模态辐射的平均声压级的变化量与激振力级的变化量之比为1;若激振力不变,任意两点处激振振动模态辐射的平均声压级的变化量与相应点振型元素级的变化量之比为1.对以上结果试验验证表明:理论值与实测值基本相符.     

三弹性圆柱壳体多重耦合声辐射计算方法

为研究多圆柱壳组合结构的声辐射特性,采用模态叠加法建立了3个并排无限长弹性圆柱壳的振动声散射耦合物理模型,充分考虑了三圆柱壳的表面振动与散射声场的耦合,其中散射声场可分解为各圆柱壳刚性散射声场和弹性辐射声场的叠加,数学上将各壳间的声场耦合关系通过柱函数加法公式描述。利用该物理模型,分析了多重散射对稳态声场求解结果的影响,比较了三圆柱壳耦合系统与单个圆柱壳系统的辐射声场指向性、声压级及辐射声功率级的差异及其产生机理,结果表明:结构弹性耦合声辐射不仅在低频对总声场有显著影响,在高频范围也不可忽略;另外,针对本文设定参数的组合圆柱壳,在150 Hz以上频段,两旁圆柱壳对中间圆柱壳在正横方位产生了声辐射遮蔽效应,垂直方位则体现声泄漏作用。本文建立的方法可推广到三维空间任意多壳结构的声振耦合建模。      

基于近场辐射声压信号的索力识别方法*

为准确、快速获取拉索结构索力,该文提出利用结构近场固定位置辐射声压信号对拉索进行索力测试的方法。基于动力学理论推导出结构振动加速度响应与其近场辐射声压响应的线性比例关系,并根据希尔伯特-黄变换推导了声压响应信号与结构频率的关系。对单根拉索依次施加3种不同工况的初始张拉力,并对结构中心表面处施加一瞬时脉冲力,使拉索受迫振动发声,通过对结构近场范围内拉索振动辐射声压进行测量,进而获得不同工况下不同位置声压响应信号,并探讨了在有高斯噪声干扰情况下通过希尔伯特-黄变换方法获取拉索固有频率的可靠性。数值模拟分析验证了该方法能较为准确地得到拉索固有频率并利用索力计算实用公式有效地计算出索力值,为实际工程中拉索索力测试提供了一种新的简单有效的方法。     

高效半解析方法分析周期正交加筋板的振动-声辐射特性

为了对水下无穷大双周期正交加筋板结构模型在简谐面力激励下的振动响应及声辐射特性进行更为合理的理论预测与分析,建立了加筋板结构的数学模型。结合傅里叶变换、泊松迭加公式及空间波数法,将周期加筋板的振动响应及辐射声压表达为关于结构位移谐波分量的函数方程,对加筋板模型提出了高效分析求解方法并进行了谐波分量截断求解。验证了方法的正确性,并分析了结构的振动特性以及加强筋周期间距和扭矩对辐射声压的影响。结果表明,加强筋的扭转作用影响加筋板结构的振动模态频率,对于较高精度要求的工程应用,加强筋的扭转作用不能忽略。通过调节加强筋周期间距及横截面尺寸,可以降低薄板在较低频域区间的远场辐射声压。      

散热片对变压器声辐射的影响及优化分析*

油浸式配电变压器表面布有大量散热片结构,使得油箱振动声辐射变得复杂。该文研究了散热片结构对油浸式变压器辐射声场的影响,在此基础上提出了散热片结构尺寸的优化措施。建立了考虑流固耦合的变压器振动和声学分析模型,提出了散热片声场效应评判准则,基于模态分析和频响分析探讨了散热片对变压器振动声辐射影响的振动效应、声源效应和声障效应。实验数据和仿真分析结果表明,变压器散热片对变压器振动声辐射的影响不可忽视,尤其是声源效应。采用遗传算法对散热片分布和尺寸参数进行优化分析,计算结果表明,通过优化散热片可以有效降低变压器表面均方振速和辐射声功率,可为变压器噪声控制和优化提供依据。     

基于平面声源实施结构声辐射有源控制的理论研究

研究了利用分布式平面声源对结构声辐射进行有源控制的问题。首先建立了系统的数学模型,然后推导了有源控制条件下次级声源的强度和声功率降低的计算公式。在实际应用中,次级声源参数(面积大小、安放位置、个数等)对控制效果有重要影响,本文基于有源控制的物理机理和数值仿真研究这些问题。结果表明:一般情况下,次级声源板的振动模态分布与初级结构振动模态分布不相同,因此,在低频范围内,需要至少4个分布式次级声源,方能有效地控制初级结构声辐射。     

用有限元/边界元方法进行结构声辐射的模态分析

采用有限元方法和边界元方法建立了轻流体介质中复杂结构振动声辐射的模态分析模型,可计算结构的模态辐射效率、场点声压、结构辐射声功率和辐射效率等声场特性参数．文中以板和加筋板结构的振动声辐射为例进行了模态分析,并与用远场 Ｒａｙｌｅｉｇｈ积分计算所得结果进行了比较．研究了激励力作用位置对板结构声辐射的影响和加筋板与板的模态辐射效率特点,并指出板加筋后会改变板的模态辐射效率规律．     

基于平面声源进行结构声辐射有源控制的实验研究

采用分布式平面声源作为次级声源,对振动钢板的声辐射进行了抵消实验,验证了以往研究中的一系列关键理论。实验研究结果表明:一个平面声源可以控制钢板奇-奇模态的声辐射,两个平面源可以控制结构偶-奇或奇-偶模态的声辐射,同时也可以控制结构奇-奇模态的声辐射;平面声源的面积和布放位置对降噪效果有重要影响,采用单个平面声源控制时,平面声源面积越大,控制效果越好;基于近场声压的误差传感策略是有效可行的,实际中,将近场测量面的声功率作为有源控制的目标函数与总声功率作为目标函数是一致的;控制后远场声压和声强都得到有效降低,部分区域的声能向声源流动,近场声压及声强分布也发生显著变化。     

Gauss声束对离轴椭圆柱的声辐射力矩

利用部分波展开法求解得到了Gauss声束入射下刚性和非刚性椭圆柱的声散射系数,推导了一般情况下的声辐射力矩表达式.在此基础上,通过一系列数值仿真详细分析了离轴距离、入射角度和束腰半径对声辐射力矩的影响.结果表明:正向与负向声辐射力矩均可以在一定条件下存在;低频情况下刚性椭圆柱比非刚性椭圆柱更容易产生较强的声辐射力矩;特定频率的入射声场可以激发出非刚性椭圆柱不同阶的共振散射模式,因而非刚性椭圆柱的声辐射力矩峰值与频率的关系更密切;增加束腰半径有利于扩大散射截面,进而增加椭圆柱的声辐射力矩.该研究结果预期可以为利用声辐射力矩实现粒子的可控旋转和流体黏度的反演提供一定的理论指导.