认知不确定二维声场的响应特性数值分析

针对声学参数存在认知不确定性的问题,为实现认知不确定声场声压响应的预测。提出了解决二维认知不确定声场的有限元法(Evidence Theory-based Finite Element Method,ETFEM),引入证据理论,采用焦元和基本可信度的概念来描述认知不确定参数,基于摄动法的区间分析技术,推导了认知不确定声场声压响应的标准差、期望求解公式。为验证本文方法的可行性。以认知不确定参数下的二维管道声场模型和某轿车二维声腔模型为例进行了数值计算,对比离散随机变量得到认知不确定参数的声场分析结果和相应的随机声场所得分析结果,研究表明:该方法能够有效的处理认知不确定参数下的二维声场,为工程问题中噪声预测提供可靠的分析模型。      

不确定声场分析的二阶区间摄动有限元法

针对一阶区间摄动有限元法在声场参数不确定程度增大时误差过大的缺陷,在二阶Taylor展开的基础上推导了声学二阶区间摄动有限元法,并将其应用于区间不确定声场的声压响应分析。该方法先对声学区间有限元方程的声压响应向量进行二阶Taylor展开,获取声压响应的二阶近似响应向量;再根据二次函数极值定理获得声压响应向量的上下界。二维管道声场与轿车声腔模型的数值分析算例表明,与一阶区间摄动有限元法相比,二阶区间摄动有限元法有效提高了计算精度。因此二阶区间摄动有限元适合不确定度更大的区间不确定声场声压响应分析,具有良好的工程应用前景。     

不确定声场分析的二阶区间摄动有限元法

针对一阶区间摄动有限元法在声场参数不确定程度增大时误差过大的缺陷,在二阶Taylor展开的基础上推导了声学二阶区间摄动有限元法,并将其应用于区间不确定声场的声压响应分析。该方法先对声学区间有限元方程的声压响应向量进行二阶Taylor展开,获取声压响应的二阶近似响应向量;再根据二次函数极值定理获得声压响应向量的上下界。二维管道声场与轿车声腔模型的数值分析算例表明,与一阶区间摄动有限元法相比,二阶区间摄动有限元法有效提高了计算精度。因此二阶区间摄动有限元适合不确定度更大的区间不确定声场声压响应分析,具有良好的工程应用前景。      

模糊随机参数二维声场数值计算

解决声场参数同时具有模糊性和随机性的问题,实现模糊随机声场声压响应的预测,引入了信息熵理论,利用信息熵的等效转换,将模糊随机声场转化为纯随机声场或者纯模糊声场进行求解,推导了基于摄动法的二维随机声场和模糊声场的有限元计算公式。以模糊随机参数下的二维管道声场模型和某轿车二维声腔模型为例进行了数值计算,所得结果与蒙特卡洛法(Monte Carlo Method)所预测声压变化范围基本一致,同时,转化为纯随机声场和纯模糊声场所求得声压响应变化范围也基本一致,说明了本文方法计算结果的准确性。因此本文方法能很好地应用于模糊随机参数下二维声场的预测,具有重要的工程应用价值。      

模糊随机参数二维声场数值计算

解决声场参数同时具有模糊性和随机性的问题,实现模糊随机声场声压响应的预测,引入了信息熵理论,利用信息熵的等效转换,将模糊随机声场转化为纯随机声场或者纯模糊声场进行求解,推导了基于摄动法的二维随机声场和模糊声场的有限元计算公式。以模糊随机参数下的二维管道声场模型和某轿车二维声腔模型为例进行了数值计算,所得结果与蒙特卡洛法(Monte Carlo Method)所预测声压变化范围基本一致,同时,转化为纯随机声场和纯模糊声场所求得声压响应变化范围也基本一致,说明了本文方法计算结果的准确性。因此本文方法能很好地应用于模糊随机参数下二维声场的预测,具有重要的工程应用价值。     

浅海相干声场不确定性研究

提出一种采用随机响应面法求解浅海中含不确定参数波动方程的方法.将海洋环境不确定参数表示为标准随机变量,利用Hermite多项展开式表示相干声场的随机响应,用概率配点法求解随机多项式系数后,获得相干声场的近似表达式.通过与Monte Carlo法、声场位移法比较,表明本文方法计算精度和效率较高.     

半自由声场的全息重建和预测技术研究

在半自由声场中,实际测量声压为直达声压和反射声压的叠加,而声压为标量,很难直接将其中直达声压成分分离出来,因而不能简单地用常规的方法来直接进行声源重建和声场预测。在充分地考虑到反射声压的情况下,建立了半自由声场环境下反射面为刚性和非刚性时的声场全息重建和预测理论模型,并通过实例验证了此模型的可行性和正确性。结果表明:此方法有效地解决了半自由声场中进行声场全息重建和预测时所存在的声压反射问题,从而扩充了声全息重建和预测技术的应用范围;采用分布源边界点法作为全息变换算法,提高了声全息重建和预测的速度、精度和稳定性。     

非对称阻抗插入管消声器的Chebyshev-变分法建模与求解

针对非对称阻抗插入管消声器三维理论建模与求解问题,提出了一种半解析变分建模和求解方法,试验及有限元结果验证了理论模型和求解结果的正确性,开展了模态频率、声压响应及传递损失等声场特性的预测分析。首先构建插入管消声器内部子声场拉格朗日泛函,基于声压与质点振速连续性条件,得到插入管消声器三维理论模型。随后,将子声场声压展开为切比雪夫-傅里叶级数组合形式,按里兹法求得消声器三维声场模态信息。搭建了消声器传递损失试验平台,进行了刚性壁面和阻抗壁面消声器传递损失测试试验,对理论模型和计算结果进行了验证。通过算例分析了壁面阻抗的大小、阻抗面积和分布形式以及插入管偏置对消声器消声性能的影响。结果表明,提出的变分建模求解方法是有效的,对消声器壁面阻抗位置和形式的合理设置可有效降低输出声压。      

半空间球面波函数叠加法重构声源直接辐射声场

提出了基于半空间球面波函数叠加的声场重构方法,以重构含有限声阻抗边界半空间中声源直接辐射的声场。在半空间中多极子声源声压场的解析解的基础上,构造出以边界声阻抗为参量的半空间球面波函数的正交基;通过求逆获得半空间总声压解的基函数系数,同时也获得声源直接辐射声场即自由空间中的基函数系数,进而重构出声源直接辐射的声场。在边界声阻抗已知和边界声阻抗未知两种条件下,对该方法进行了仿真验证和参数分析,并在全消声室内进行了实验验证。结果表明,所提方法能重构出半空间中典型声源即球形声源和平面声源的直接辐射声场;该方法在边界声阻抗已知时的重构精度与稳定性高于在边界声阻抗未知时的情形。      

匀加速运动声源的声场建模及其数值算法研究

针对匀加速运动点声源的声场特性与其运动状态密切相关这一问题,提出匀加速直线运动状态下点声源的声场计算方法。利用此方法建立了匀加速直线运动时点声源的声压模型,对模型中的关键参数声矢量R进行数值解析,并对声压进行数值分析仿真,得出匀加速直线运动时固定接收点的声压数值计算方法。用此方法对固定接收点位置的匀加速点声源声压进行声场建模,结果表明:在声源接近接收者一定距离以后,声压明显增大;在此距离之外,距离对声压的影响不大。     

Numerical analysis of the 2D acoustic field with epistemic uncertainty

Aiming at the problem that the epistemic uncertain parameters exist in an acoustic field,an evidence theory-based finite element method(ETFEM) is proposed by introducing the evidence theory,in which the focal element and basic probability assignment(BPA) are used to describe the epistemic uncertainty.In order to reduce the computational cost,the interval analysis technique based on perturbation method is adopted to acquire the approximate sound pressure response bounds for each focal element.The corresponding formulations of intervals of expectation and standard deviation of the sound pressure response with epistemic uncertainty are deduced.The sound pressure response of a 2D acoustic tube and a 2D car acoustic cavity with epistemic uncertain parameters are analyzed by the proposed method.The proposed method is verified through the comparison of the analysis results of random acoustic field with that of epistemic uncertain acoustic field.Numerical analysis results show that the proposed method can analyze the 2D acoustic field with epistemic uncertainty effectively,and has good prospect of engineering application.     

Numerical analysis of the 2D acoustic field with fuzzy-random parameters

Regard for the fuzziness and the randomness in some acoustic fields,a method for the numerical analysis of the 2D acoustic field with Fuzzy-Random parameters was proposed based on the equivalent conversion of information entropy.In the proposed method,a fuzzyrandom acoustic field was treated as a pure fuzzy acoustic field or a pure random acoustic field by transforming all the variables into fuzzy variables or random variables.Perturbation finite element methods for analyzing the two-dimensional acoustic fuzzy and random field are deduced.The sound pressure response of a 2D acoustic tube and the 2D acoustic cavity of a car with fuzzy-random parameters were analyzed by the proposed method and the Monte Carlo method,the results show that the proposed method can be well applied to the numerical analysis of the 2D acoustic field with fuzzy-random parameters,and has good prospect of engineering application.     

浅海时变声速环境下的自适应匹配场定位算法实现*

针对浅海环境下声速剖面失配引起的匹配场处理器失配问题,提出了一种自适应匹配场定位算法在声速剖面时变环境下的实现方式。将先验声速剖面集简化为经验正交函数表示,结合蒙特卡洛方法与环境扰动约束算法对当下时刻的目标声源进行匹配场定位。本文以某次试验获取的连续20小时的声速剖面数据为研究对象,通过仿真试验对该算法进行验证,结果表明：在先验声速剖面集的半小时之后,利用自适应算法的距离和深度定位成功率较常规匹配场算法有较大提升,其中,深度正确定位概率相对较低。     

南中国海海域存在孤立子内波条件下的 声场统计特性*

利用南海浅海海域低频声传播起伏实验中获取的水文数据，结合二维平流模型重构出声传播路径上的动态声速场，使用蒙特卡洛方法研究了有、无孤立子内波经过声传播路径条件下的声传播损失统计特性，并与实验结果进行了对比分析。仿真和实验结果表明：当孤立子内波经过声传播路径时，声传播损失起伏剧烈；与“下发上收”相比，“下发下收”情况下传播损失的概率分布更加分散。     

基于声压场描述的扩散声场多自由度互易原理研究

应用于复杂结构中频声振分析的扩散场多自由度互易原理采用位移变量描述系统,实质为弹性波场互易原理,应用于声波场时会造成模型自由度数不必要的增加。建立基于声压描述的扩散声场受挡模型,利用声辐射模态描述扩散声场中结构的表面受挡声压;据此提出基于声压描述的扩散声场多自由度互易原理,发现扩散声场中结构表面受挡声压的互谱矩阵与该结构在自由空间中振动辐射声波的声阻矩阵成正比。该互易原理与传统的单自由度互易原理表达形式相似,但适用于任意自由度结构。该互易原理可用于扩散声场中复杂结构的表面受挡声压的自谱及相关分析,仿真研究表明当边界元网格尺寸小于声波波长的1/6(线性单元)或1/3(二次单元)时,数值解与理论解完全吻合。      

基于概率盒的电网故障诊断方法研究

针对电网故障信息存在丢失、误动、拒动等不确定性问题,文章采用概率盒理论和支持向量机相结合的方法对电网故障进行诊断,充分利用概率盒在处理不确定问题上的优势。首先利用概率盒对故障录波、电气量等数据建模,然后利用融合规则将得到的多个概率盒进行融合,并提取特征向量。最后,利用支持向量机进行分类,并得出诊断结果。为了验证方法的有效性,采用仿真线路进行概率盒的故障诊断,实验验证该方法合理可行,且有较高的诊断率。     

Efficient parametric uncertainty analysis within the hybrid Finite Element/Statistical Energy Analysis method

This paper is concerned with the development of efficient algorithms for propagating parametric uncertainty within the context of the hybrid Finite Element/Statistical Energy Analysis (FE/SEA) approach to the analysis of complex vibro-acoustic systems. This approach models the system as a combination of SEA subsystems and FE components; it is assumed that the FE components have fully deterministic properties, while the SEA subsystems have a high degree of randomness. The method has been recently generalised by allowing the FE components to possess parametric uncertainty, leading to two ensembles of uncertainty: a non-parametric one (SEA subsystems) and a parametric one (FE components). The SEA subsystems ensemble is dealt with analytically, while the effect of the additional FE components ensemble can be dealt with by Monte Carlo Simulations. However, this approach can be computationally intensive when applied to complex engineering systems having many uncertain parameters. Two different strategies are proposed: (i) the combination of the hybrid FE/SEA method with the First Order Reliability Method which allows the probability of the non-parametric ensemble average of a response variable exceeding a barrier to be calculated and (ii) the combination of the hybrid FE/SEA method with Laplace's method which allows the evaluation of the probability of a response variable exceeding a limit value. The proposed approaches are illustrated using two built-up plate systems with uncertain properties and the results are validated against direct integration, Monte Carlo simulations of the FE and of the hybrid FE/SEA models.