有限元-统计能量分析法的拖拉机驾驶室噪声研究*

对某拖拉机驾驶室内中频噪声进行预测,建立了拖拉机驾驶室FE-SEA(有限元统计能量分析)混合模型,通过理论计算和试验方法获取驾驶室结构内损耗因子等数据；加载振动和噪声激励后进行有限元-统计能量分析联合仿真,将仿真获取的驾驶室声压级与实测数据进行对比,分析对比表明该模型在中频段利用FE-SEA混合法分析所得结果与试验测试值拟合程度较高,分析各子系统对驾驶室声腔的能量贡献度,确定对驾驶室噪声贡献较大的子系统,针对性对驾驶室声学包进行整改,获得一定降噪效果。     

混凝土箱梁相似模型结构噪声对比分析*

为探讨混凝土箱梁噪声的时变特性,以京沪高铁32 m混凝土简支箱梁为原型,制作了1:10的缩尺模型,通过模态试验的方法验证箱梁模型与原型的相似关系,通过声学试验验证箱梁声学计算模型的正确性。然后,建立了箱梁缩尺模型与原型两种计算模型,利用有限元和边界元法求出两种模型的瞬态结构噪声。研究发现,箱梁缩尺模型与箱梁原型的材料参数满足一定关系,模型试验的方法能够验证箱梁模型与箱梁原型之间符合相似关系,箱梁模型的振动噪声测试结果能真实反映原型振动噪声水平。两种模型的结构噪声在时域内声压级及对应场点的声压存在一定相似关系。该研究可为箱梁缩尺模型结构噪声反演至箱梁原型提供依据,所采用的方法和得到的结果对桥梁结构振动与声辐射实验研究具有参考作用。     

基于高级统计能量分析的周期加筋板振动特性研究

统计能量分析(statistical energy analysis, SEA)是复杂耦合系统中、高频动力学特性计算的有力工具. 本文以波传播理论和SEA的基本原理为基础, 研究周期加筋板中弯曲波传播特性. 分析了周期结构的频率带隙特性和加强筋对板上弯曲波的滤波特性对SEA计算结果的影响规律, 发现经典SEA由于忽视了加筋板中物理上不相邻子系统间存在的能量隧穿效应, 而导致响应预测结果产生最高近 40 dB的误差. 为了解决这一问题, 本文应用高级统计能量分析(advanced statistical energy analysis, ASEA)方法, 考虑能量在不相邻子系统间的传递、转移和转化的物理过程, 从而大幅提高子系统响应的预测精度, 将误差在大部分频段降低至小于5 dB. 设计了模拟简支边界条件的加筋板振动测试实验装置, 实验测试结果与有限元结果符合较好, 对理论模型进行了验证.     

中频声振耦合的波函数统计能量法

为了提高中频声振耦合的计算效率,提出了波函数-统计能量法的结构-声学耦合方法,该方法从波动理论的角度出发,将波函数法(WBM)和统计能量法(SEA)结合,通过在耦合面分别施加声压激励和速度边界条件,推导了耦合面参数理论计算公式。将该方法用到长方体声腔和钢板耦合的模型中,并对100~1000 Hz的计算结果进行了实验验证。WBM-SEA模型与参考FEM-SEA模型以及实验模型的频响曲线对比结果表明,WBM-SEA与FEM-SEA以及实验结果吻合很好,验证了混合WBM-SEA的有效性。通过收敛性分析发现混合WBM-SEA方法计算时间比混合FEM-SEA方法更少。从而可以得出结论:混合波函数-统计能量法方法对中频声振耦合预测是有效的,且比FEM-SEA更加高效。      

挖掘机驾驶室低频结构噪声分析与优化*

针对某小型液压挖掘机驾驶室低频噪声过大问题,对驾驶室结构振动特性进行分析。基于有限元模型计算各工况下驾驶室噪声传递函数,运用统计学方法确定主要噪声峰值频率及相应工况;通过模态声学贡献度计算,确定危险工况下噪声贡献量较大的模态阶数,参照模态振型确定驾驶室振动变形最大的车身板件;并对该板件进行形貌优化处理,提高其一阶固有频率,进而降低驾驶室内噪声。优化结果表明,驾驶室噪声传递函数在危险频率下的峰值下降了2~4 dB。     

三层平板结构声能流计算及传输规律

为了理解多层有源隔声结构的物理机理,同时优化被动隔声结构,需深入分析三层结构中声能量的传输规律。首先对三层板腔结构建模并求解系统的振动响应,然后用数值方法求解平板向封闭空间辐射声的声传输阻抗,并计算各层结构的辐射声功率。最后,通过分析各子系统所占的能量及各层结构四类模态组辐射声功率的变化获得声能量的传输规律。结果表明,按模态类型的不同,能量传输可等效认为存在四个传输通道,各通道的能量传输具有相似的带通特性,其成因在于不同的平板与空腔模态对的耦合强弱不同。      

基于电磁力近似算法的驱动电机NVH快速仿真方法

电动汽车驱动电机产生的电磁噪声是汽车NVH关注的重点问题,对其进行全转速段多工况NVH仿真通常需要耗费大量时间和计算资源。该文通过有限单元分析揭示了电机气隙电磁力随转速变化的规律,并根据这一规律提出了基于外特性曲线的电磁力时间缩放及插值的近似算法。文章采用电磁力到结构网格的映射算法对结构振动有限元模型进行激励力加载,使用声场有限元方法计算电机的辐射噪声,最终实现了车用驱动电机的电磁振动及噪声的快速仿真。使用该方法对车用电机进行全转速段振动噪声仿真,可大大压缩多工况电磁场有限元分析所需的计算时间,提升仿真效率。     

高速列车商务舱内降噪方案研究

轨道交通工具的噪声问题越来越受到人们的关注,本文针对某高铁商务舱内噪声过大的问题应用统计能量模型结合实验进行问题诊断,发现内装地板的振动是车内噪声的主要来源,进而分析结构传递路径是导致内装地板振动过大的原因。结合主要的能量贡献路径提出了应用分布式吸振器、地板吸音板以及改变地板连接结构的方式来降低车内噪声。通过实验验证发现优化后主要的噪声峰值频率100-300Hz之间有明显改善,商务舱内的噪声由75.1dBA下降至71.3dBA,达到了降噪目标。     

充液管路系统流体声与结构声的复合有源控制

采用基于谐频自适应控制算法的有源消声与消振系统对充液管路系统突出的低频线谱噪声进行有源控制实验研究.建立了泵水循环管路实验系统,在管路中安装有源消声器对流体声进行控制,在管路出口障板上采用8×8通道有源消振系统控制结构声辐射。开展的低频线谱噪声与振动有源控制实验结果表明,在50~200 Hz频带内,通过结合有源噪声与振动控制可在多数频点取得10 dB以上的降噪效果。针对该实验系统,通过分别控制流体声和结构声分析了两者的贡献.实验结果验证了有源消声与消振系统具有较好的降噪性能,各频点处流体声与结构声占比情况不同,需要综合控制流体声与结构声才可以取得显著的降噪效果。      

旋转圆柱壳体切削噪声的统计能量分析

用传统的理论或实验方法研究切削过程中各个声辐射体对总体切削噪声的贡献比较困难和繁杂.本文利用相关输入下非保守耦合系统的统计能量分析原理对薄壁圆柱壳体的切削噪声进行了研究.对于该原理所涉及的参数估计理论或测量技术以及建模等其他重要问题也进行了讨论和说明.研究结果表明,切削噪声主要产生于工件的声辐射,统计能量分析法可以成功地应用于大型圆柱壳体切削噪声的研究之中.     

轨道交通箱型梁腔室结构的减振降噪研究

轨道交通箱型梁在列车荷载作用下产生的低频振动与噪声对人体健康危害很大,针对箱型梁的减振降噪研究具有重要意义。将有限元振动分析理论与声辐射分析边界元法相结合,计算列车荷载作用下箱型梁的结构噪声,并对比分析不同的腔室结构对箱型梁结构噪声辐射的影响。计算结果表明:箱型梁场点结构噪声的辐射受振动水平影响较大;对于不同的腔室结构的箱型梁,跨中场点的最大线性声压级从大到小依次为单箱单室、单箱双室、单箱三室、双箱单室箱型梁;箱型梁采用双箱单室结构形式最有利于结构噪声的控制,且随辐射距离的增加,噪声辐射衰减越快;降低翼缘和腹板振动水平能够有效降低箱型梁结构噪声。分析结果可为城市轨道交通箱型梁的结构减振降噪设计提供一定的理论参考。     

概率盒框架下混合认知不确定声场的响应预测

针对含概率盒-证据混合认知不确定参数声场的响应预测问题,提出了一种概率盒框架下的改进区间蒙特卡洛方法。该方法首先将混合认知不确定参数转换为纯概率盒形式,然后结合有限元方法推导出混合认知不确定声场的盖根鲍尔多项式代理模型,再采用蒙特卡洛方法求解代理模型得到声压响应。以含概率盒-证据混合认知不确定参数的二维管道声场模型和卡车乘客舱声腔模型为例,计算结果表明混合认知不确定参数影响下的声压响应为概率盒形式,其包括声压响应极值和相应的概率信息,并且所提方法较常规混合离散方法效率更优,较基于一阶摄动法的区间蒙特卡洛方法准确性更高。研究结果表明:所提方法可以有效预测混合认知不确定声场的声压响应,并可进行声学性能的风险和保守估计。      

Vibro-acoustic response and sound transmission loss analysis of functionally graded plates

This paper presents analytical studies on the vibro-acoustic and sound transmission loss characteristics of functionally graded material (FGM) plates using a simple first-order shear deformation theory. The material properties of the plate are assumed to vary according to power law distribution of the constituent materials in terms of volume fraction. The sound radiation due to sinusoidally varying point load, uniformly distributed load and obliquely incident sound wave is computed by solving the Rayleigh integral with a primitive numerical scheme. Displacement, velocity, acceleration, radiated sound power level, radiated sound pressure level and radiation efficiency of FGM plate for varying power law index are examined. The sound transmission loss of the FGM plate for several incidence angles and varying power law index is studied in detail. It has been found that, for the plate being considered, the sound power level increases monotonically with increase in power law index at lower frequency range (0–500 Hz) and a non-monotonic trend is appeared towards higher frequencies for both point and distributed force excitations. Increased vibration and acoustic response is observed for ceramic-rich FGM plate at higher frequency band; whereas a similar trend is seen for metal-rich FGM plate at lower frequency band. The dBA values are found to be decreasing with increase in power law index. The radiation efficiency of ceramic-rich FGM plate is noticed to be higher than that of metal and metal-rich FGM plates. The transmission loss below the first resonance frequency is high for ceramic-rich FGM plate and low for metal-rich FGM plate and further depends on the specific material property. The study has found that increased transmission loss can be achieved at higher frequencies with metal-rich FGM plates.     

Reduction of radiated exterior noise from the flexible vibrating plate of a rectangular enclosure using multi-channel active control

This study attempted to control the radiated exterior noise from a rectangular enclosure in which an internal plate vibrates by acoustic excitation and noise is thus radiated from that plate. Multi-channel active control was applied to reduce the vibration and external radiation of this enclosed plate. A piezoelectric ceramic was used as a distributed actuator for multiple mode control of the vibration and radiated noise in the acoustically excited plate. To maximize the effective control, an approach was proposed for attachment the piezoelectric actuator in the optimal location. The plate and internal acoustic space in the enclosure are coupled with each other. This will change dominant frequency characteristics of the plate and, thus, those of the externally radiated noise. Active noise control was accomplished using an accelerometer attached to the plate and a microphone placed adjacent to that plate as an error sensor under acoustic excitation of sine wave and white noise. It was found that the control of radiated external radiation noise requires a microphone as an error sensor, a sound pressure sensor due to vibration of the plate, differences in the dominant frequency of externally radiated noise, and complex vibration modes of the plate.     

利用混合FE-SEA方法的前围隔声性能优化设计*

为了提升某重型商用车前围的隔声性能,建立了用于分析前围传递损失的有限元-统计能量分析(FE-SEA)模型。针对前围结构复杂的特点,依据FE-SEA模型建模原则,提出了通过在表面创建声腔来确保能量在模型中的正确传递路径。将仿真结果与测试值对比,二者误差小于1.6 dB(A),验证了FE-SEA方法的准确性。用吸声材料与隔声材料复合设计前围声学包,采用正交试验法对前围声学包进行优化设计并对各个试验方案进行仿真计算。对仿真结果进行极差分析与方差分析,选出了在传递损失、重量和厚度三方面达到最佳平衡的声学包:毛毡(10 mm)+EPDM隔声垫(2 mm)。结果表明,优化后的前围传递损失在测试频率315 Hz～2000 Hz范围内最小提升了3.8 dB(A),最大提升了7 dB(A),前围的隔声性能得到较大的提升。     

弯曲振动阶梯圆盘辐射阻抗的计算方法

辐射阻抗是描述声学振动系统声转换效率的一个重要物理量.具有强功率的阶梯圆盘辐射器在流体介质,尤其是在空气中有着重要的应用.但对阶梯圆盘的辐射阻抗而言,运用传统理论计算时,由于辐射面不在同一几何面,积分上下限很难选取而无法计算.本文从辐射声功率角度,基于叠加原理,提出了利用叠加法计算阶梯盘的辐射阻抗.作为算例,文中计算了带有一个阶梯的阶梯盘的辐射阻抗. 关键词： 阶梯圆盘 辐射功率 辐射阻抗 叠加原理