声子晶体结构在汽车制动降噪中的理论研究及应用

基于弹性波在声子晶体结构中传播时会产生弹性波带隙,即特定频率范围的弹性波被禁止传播这一特性,为降低高频的制动噪音,将声子晶体这一新结构引入到汽车盘式制动装置中。通过对汽车制动噪音频谱的分析,得到高频噪音比较集中的频段。通过设计专用的二维空气柱/钢体系正方格子声子晶体结构(体积占有率为40%),使高频噪声集中频段(2000~2500Hz)落于声子禁带中,以达到降噪的目的。与传统的制动降噪技术相比,利用声子晶体结构的降噪装置具有频带宽和降噪量大的优越性。通过实验装置验证了声子晶体降噪结构的可行性,在2000~2500Hz范围内,声压的降低幅值最大可达25dB,平均降噪量可达13dB以上,即对汽车刹车减噪起到了明显的效果。     

铁路客车室内噪声预测与控制技术研究

为探索铁路客车室内低频噪声预测分析与控制的可行办法,提高车室内噪声品质,本文基于有限元和边界元结合的方法给出了铁路客车结构-声场耦合系统振动分析模型的建模方法;通过对比分析结构振动模态、车室内空腔声学模态以及结构-声场耦合系统模态的相关性,澄清车室内噪声形成机理;对客车结构-声场耦合系统在0 Hz～200Hz频率范围内进行谐响应分析之后,确定了室内噪声观测平面及测试点在不同频率下的声压级,通过对客车车身面板声学贡献度的分析,确定主要噪声源和对内部声场影响较大的面板,为降低噪声而试图对客车结构进行修改提供了理论依据.     

基于EMD改进算法的爆破振动信号去噪

为了解决振动信号经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)滤波去噪效果不佳的问题，提出一种自适应性正交经验模态分解(principal empirical mode decomposition, PEMD)的信号去噪方法。该算法融合了EMD分解的自适应性和主成分分析(principal component analysis，PCA)的完全正交性特点，对信号EMD分解过程中产生的模态混叠现象进行消除，得到了最佳的去噪效果。分析表明:PEMD在仿真模拟试验中相比于传统EMD算法和集总经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD) 算法，信噪比分别提高了1.15 dB和0.38 dB，且均方根误差最小；频域上PEMD对仿真信号频率(30 Hz)识别的灵敏度最高，30 Hz之外的噪声滤除效果最好。在爆破振动试验中，PEMD和EEMD去除噪声毛刺的效果较为理想，且PEMD在0～300 Hz的中低频振动信号保存效果最好，300 Hz以上的高频噪声滤除效果最好。     

基于统计能量法的油船舱室噪声预报与控制

基于统计能量法对某型油船进行了舱室噪声预报,对舱室噪声预报值与实测值进行了对比分析;并对个别舱室进行了吸声降噪处理。结果表明:舱室噪声预报值与实测值取得了较好的吻合,带宽合成后舱室噪声预报值与实测值最大相差4dB,其余误差均在3dB以内,满足一般工程精度要求;主机是机舱噪声的主要激励源,对于其他舱室,主机、齿轮箱及柴油发电机组均为主要激励源。在机舱中,动力设备空气噪声为机舱噪声的主要激励形式;在远离机舱的舱室中,动力设备结构噪声为舱室噪声的主要激励形式。同等厚度下,双层吸声材料比单层吸声材料具有更好的吸声性能。     

铁路混凝土箱梁的振动与噪声频谱特性研究

为了研究混凝土箱梁的振动与噪声频谱特性,以成灌铁路跨度为32m的单线混凝土简支箱梁为研究对象,开展了现场试验研究、理论分析、有限元模拟。研究结果表明:箱梁顶、底板的弯曲振动是结构噪声产生的根源,其局部振动特性可由板壳或实体有限元分析得到;该箱梁的结构噪声在1/3倍频程、中心频率为63Hz处出现最大值,且具有明显的"有调性";车速在144~160km/h范围内变化时,箱梁总体噪声级变化较小,标准差在1dB以内;基于底板振动加速度近似推测结构噪声的方法具有可行性,预测值与实测值的偏差在5%以内;该箱梁在60~70Hz范围出现共振,并且该频率范围内声辐射效率接近最大值,二者共同导致了峰值噪声的产生。受板厚和材料的限制,声辐射效率的峰值频率变化较小,因此改变共振频率对降噪分析具有重要意义。     

水射流介入多组分喷流降噪仿真研究

火箭在发射升空阶段,由喷管喷出的高超声速射流诱导产生的高量级喷流噪声,严重影响火箭结构安全性和仪器设备的可靠性,因此开展高速喷流噪声环境的预测和降噪具有重要意义。针对某型液体火箭发动机喷流,采用脱体涡模型(DES)结合输运方程及离散相模型(DPM)、曲面积分的FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程,建立了多组分高马赫数喷流噪声及考虑蒸发物理机制的水射流介入多组分高马赫数喷流的数值分析方法,完成了液体火箭发动机高超声速喷流流场及喷流噪声环境的预测,结果显示在测点处总声压级预测结果与试验测量结果误差在±3 dB之内。进一步设计了环形水射流喷流降噪系统,开展了考虑蒸发物理效应和复杂导流槽构型影响下的水射流介入高速喷流降噪规律研究,发现水射流对燃气射流产生剪切作用、动量交换作用以及吸热蒸发作用是实现降噪效果的重要原因,降噪效果随水射流质量流率增大单调升高,而随介入角度的增大先升后降。本研究对水射流介入系统的设计与工程实践具有重要意义。     

利用声波干涉抑制旋转式压缩机的辐射噪声

压缩机是制冷设备的主要噪声源之一,其辐射噪声的抑制很有必要.理论分析了两列声波在自由场和管道中传播特性,证实了在管道中的两列声波能够产生有效干涉从而降低声压幅值.将压缩机储液器内的双管吸气改为了单吸气,数值分析表明了改进后壳体辐射噪声得到了明显抑制.声学实验验证了数值计算结果和理论分析,单吸气压缩机总声压级降低了约1.2dB(A).     

新型轻质阻尼基座设计与隔振性能研究

为了减少船体振动与辐射噪声,采用声子玻璃和弧形衔接结构设计了一种新型轻质阻尼基座。然后用加速度振级落差表征其隔振性能,开展了水泵电机激励下的基座隔振性能试验研究,结果表明阻尼基座在20～10 000 Hz的频率范围具有显著的隔振效果,相较于同尺寸钢制基座,其振动落差总级可达12.93 dB。研究结果充分验证了本文设计的轻质阻尼基座具备高强度、高阻尼、宽频隔振的特点,在舰船机械设备等减振降噪领域具有广泛的潜在应用价值。     

室内地埋供热管道泄漏的声学监测及其信号去噪方法研究

为了更精确地对室内地埋供热管道泄漏声学监测信号进行主要特征频率提取和分析,需先对测量信号去噪。本文采用变分模态分解(variational mode decomposition, VMD),对距离漏水点5 cm和40 cm测量点的原始声信号分别进行模态分解,计算出各模态分量的排列熵并将其作为噪声信号剔除的依据,最后对信号进行重构,并与经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)、集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)的处理结果进行对比。发现相比于其他两种分解降噪方法,VMD能够更好地解决模态混叠问题,能更为精确地将噪声信号去除,达到更好的去噪效果。     

洗扫车用离心风机气动噪声的优化

离心风机是洗扫车的关键部件,降低风机的气动噪声可极大提升产品性能。基于有限元分析软件和FW-H声比拟模型,对离心风机的气动噪声强度进行了计算。重点研究了蜗壳宽度和蜗舌半径两个结构参数对风机气动噪声的综合影响,结果表明:合理地减小蜗壳宽度和增大蜗舌半径能够在保持风机气动性能基本不变的情况下有效降低风机的气动噪声。基于数值分析软件,通过多项式拟合方法分别建立了蜗壳宽度和蜗舌半径与风机效率、全压以及总声压级之间的函数关系;并在不降低风机效率与全压的前提下,结合多目标优化遗传算法得到了最优的蜗壳宽度和蜗舌半径,优化之后风机的总声压级降低了2.8dB,降噪效果明显。     

基于小波变换的水下连续爆炸声信号特征分析

为了研究水下连续爆炸声信号的特征,利用Mallat算法,采用离散小波变换对水下连续爆炸声信号进行了分层提取分析,讨论了水下连续爆炸声信号在各频带的能量分布状况,采用Welch方法实现了对水下连续爆炸声信号的功率谱特征提取,并采用离散小波变换对声信号进行时频谱特性分析。结果表明,水下连续爆炸声信号具有很强的声功率,声压级可以达到190 dB以上,声持续时间较长,频率范围宽、声信号的能量主要集中在频率48 kHz以下,其中在低频段能量更大,这些特点使其有望成为水声干扰源。     

不同路面激励下车内噪声预测与板件声学贡献量分析

利用有限元模拟计算的方法对不同路面激励下车内噪声进行了预测, 并分析了板件对声 学的贡献量. 使用MATLAB软件生成了B级和C级路面谱. 由NASTRAN软件计算 出车身结构在不同路面谱激励下1$\sim$200\,Hz的频率响应结果, 在LMS Virtual. Lab声学软件中, 根据声传递向量技术预测驾驶员和乘客耳旁声压级响应. 还探讨了 声腔结构表面阻抗特性对车内噪声的影响. 并针对C级路面谱激励, 通过车身各板件对 驾驶员右耳声压的面板贡献量分析, 找出了结构优化的重点区域, 为降低车内声压检测点噪 声进行相关的声学处理提供参考依据.     

可渗透壁对翼型声涡相互作用下流场及声场的影响

由仿生学原理构建的可渗透翼型对湍流气动噪声抑制作用已展现良好的应用前景。对NACA 0012可渗透翼型和实体翼型进行了数值计算,得到了声涡相互作用下气动噪声声场和流场,分析了可渗透壁对翼型流场和声场的影响。研究表明,相对实体翼型,可渗透壁通过减小声源强度降低了主纯音噪声声压级幅值和远场总声压级,消除了高阶离散纯音,但对噪声的指向性没有较大改变。进一步的流场分析表明,可渗透壁对翼型气动性能影响不大的情况下能够降低边界层扰动和翼型后缘大尺度涡旋强度,并推迟分离泡转捩和再附位置。     

Design of the centrifugal fan of a belt-driven starter generator with reduced flow noise

Large eddy simulations based on the explicit algebraic subgrid-scale stress model were carried out to predict the flow-induced noise generated on the centrifugal fan of a belt-driven starter generator using Lighthill's analogy and the method of Ffowcs Williams and Hawkings. The surrounding air was approximated by an ideal gas at fixed room temperature (T_in = 300 K), and the rotating velocity of the fan was considered to be 6000 rpm. The blade array angles were designed using the modulation method, and a large blade curvature was adopted. We identified several centrifugal fan design parameters that could minimize the flow-induced noise while also minimizing fan efficiency losses. Three design parameters: the top serrated edge (θ_t), the step leading edge (0.52 H_b) and the tail edge (d_b and r_b), played a critical role in preventing vortex generation and collision, significantly weakening the surface pressure fluctuations on the blade. The maximum sound pressure level at 800 Hz at a specific location was reduced by 5.5 dB (at the top serrated edge) and 6.8 dB (at the step leading edge) relative to the baseline case. The sound power, calculated over a hemisphere surface of 950 mm, was reduced by 77.3% (at the top serrated edge) and 61.0% (at the step leading edge) relative to the baseline whereas the mass flow rates were reduced by 5.2% and 10.6%, respectively. Experiments were performed using the optimally designed fan in a semi-anechoic chamber. The predicted sound pressure level and frequency were in good agreement with the experimentally measured values.     

基于声场精细积分算法的潜艇流激噪声预报

建立了Suboff潜艇流场、结构场和声场耦合模型,对其水下航行时流激引起的艇体低频结构振动及水下辐射噪声进行了研究。采用CFD方法对潜艇三维流场进行非定常计算,以此得到艇体表面的脉动力,并通过数据映射将该脉动力加载到潜艇有限元模型进行响应分析。以潜艇壳体响应结果为边界条件,采用声场精细积分算法对潜艇流激引起的水下辐射噪声进行预报,该算法可对Helmholtz边界积分方程(HBIE)中的弱奇异积分系数及近场积分系数进行自适应求解,当细化步数达到6时,积分以10-4的残差单调收敛。结果表明,流激作用下,潜艇水下辐射声功率及声辐射效率皆出现明显峰值,其中流激的线谱成份引起艇体受激强迫振动,辐射较强水声,宽带谱成份则引起艇体结构共振,可辐射更强的水声。因此,降低潜艇的流激噪声,需同时优化艇体型线及内部结构以改善伴流,降低湍流强度,重点是避免流激共振。     

考虑地面效应的高速列车远场气动噪声计算方法研究

为研究高速列车远场气动噪声的计算方法,根据高速列车近地面运行的实际情况,利用半自由空间的Green函数求解FW-H方程;建立考虑地面效应时的远场声学积分公式,并研究地面效应对高速列车远场气动噪声的影响.研究表明,由于存在地面效应,原来的自由声场变成了相当于真实列车声场与镜像列车声场的叠加,并且作用在镜像列车上的力源和法向运动速度与真实列车上的相同.当列车运动速度为350 km/h时,不考虑地面效应时,远场测点的等效连续A计权声压级的最大值为90.76 dB;考虑地面效应之后,远场测点的等效连续A计权声压级的最大值为94.72 dB.     

Underwater Flow Noise

Lighthill's theory of aerodynamic sound provides an effective way of investigating underwater flow noise. When combined with a model of the coherent vortical structures in a turbulent boundary layer, it predicts the wave-number frequency pressure spectrum on a rigid surface and, in particular, highlights the r?le of surface viscous stresses as a source of low wave-number pressure fluctuations on a plane surface. The inclusion of surface curvature and flexibility enables the theory to be applied to acoustic streamers (sometimes known as towed arrays). The effect of the interior mechanical structure of the streamers on the flow noise is investigated. Simple algebraic forms are derived for the comparative performance of liquid and visco-elastic-filled streamers. The introduction of porous foam into a liquid streamer is found to be a particularly effective way of attenuating low wave-number disturbances, and theoretical predictions are compared with experiment. Received 19 December 1996 and accepted 2 May 1997     

On aerodynamic noises radiated by the pantograph system of high-speed trains

Pantograph system of high-speed trains become significant source of aerodynamic noise when travelling speed exceeds 300 km/h. In this paper, a hybrid method of non-linear acoustic solver （NLAS） and Ffowcs Williams-Hawkings （FW-H） acoustic analogy is used to predict the aerodynamic noise of pantograph system in this speed range. When the simulation method is validated by a benchmark problem of flows around a cylinder of finite span, we calculate the near flow field and far acoustic field surrounding the pantograph system. And then, the frequency spectra and acoustic attenuation with distance are analyzed, showing that the pantograph system noise is a typical broadband one with most acoustic power restricted in the medium-high frequency range from 200 Hz to 5 kHz. The aerodynamic noise of pantograph systems radiates outwards in the form of spherical waves in the far field. Analysis of the overall sound pressure level （OASPL） at different speeds exhibits that the acoustic power grows approximately as the 4th power of train speed. The comparison of noise reduction effects for four types of pantograph covers demonstrates that only case 1 can lessen the total noise by about 3 dB as baffles on both sides can shield sound wave in the spanwise direction. The covers produce additional aerodynamic noise themselves in the other three cases and lead to the rise of OASPLs.     

离心风机干涉噪声预测

通常,离心风机的干涉噪声声是主要的噪声源,也是研究的主要对象.本文建立了离心风机的干涉噪声强度与机器几何参数和气动参数的关系,从而可以预测离心风机的干涉噪声并近似估计其总的噪声级.这对离心风机的设计有一定指导意义.