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。     

基于能量法的多轴疲劳寿命预测方法

多轴疲劳寿命预测对于确保工程构件的安全性及经济性具有重要意义,其中损伤参量的选取对于预测结果的精度具有关键影响作用.Smith-Watson-Topper (SWT)能量参数是目前常用的损伤参量,但由于仅考虑了拉伸应变能对材料损伤的贡献,因此其常做出偏于危险的预测结果.针对此问题,Glinka及Chen-Xu-Huang (CXH)能量参数被相继提出.然而试验验证表明:Glinka参数通常仅适用于以剪切型失效为主要失效模式的材料,CXH参数则易给出过于保守的预测结果.为提高SWT参数对各种材料与加载路径的适用性,论文在评估Glinka及CXH参数的基础上,提出了两个修正的SWT能量参数,并建立起了一个统一的多轴疲劳寿命预测模型.针对不同的疲劳失效形式,所提出的能量参数不仅可考虑平均应力效应,且可同时包括临界面上不同加载方向对材料损伤的影响.通过六种材料的多轴疲劳试验数据对新模型、SWT模型、Glinka模型及CXH模型进行了验证,结果显示新模型比其他三种模型具有更好的寿命预测精度及稳定性.     

统计能量分析中的响应统计估计及其研究进展

统计能量分析(SEA)是分析复杂动态系统结构－声耦合振动响应的有效方法,而结构响应的统计估计是评价SEA分析准确性的基本依据,是SEA的一个重要组成部分.在简要介绍了SEA基本理论及其响应统计估计理论的基础上,对SEA中的响应统计估计的研究进展进行了综述和讨论,指出了在SEA响应统计估计中存在的问题,论述了需要进一步深入研究的方面,并着重讨论了响应统计估计中基于Poisson频率空间和高斯正交总体(GOE)频率空间的结构响应方差分析方法及其在SEA响应统计估计发展中的重要作用.      

基于统计损伤的岩爆预测

基于岩石单轴抗压强度的分布特征,对脆性岩石采用统计损伤的平行杆模型模拟,经岩石全过程曲线拟合,表明了 模型的合理性。进而提出采用平行杆模型模拟地下深埋洞室脆性围岩,推出了不同应力条件下岩体损伤的表达式,从统计损 伤的概念上,利用损伤变量来表征岩爆发生概率。工程实例分析表明该预测方法是有效的。     

高频噪声激励下复合材料层合板传声损失研究

为研究复合材料层合板在高频噪声激励下的传声损失,首先基于一般层合板理论将层合板等效为单层各向异性板,进而基于SEA方法建立等效单层板传声损失模型,并计算模态密度、耦合损耗因子等重要输入参数,通过实验获取内损耗因子,最终计算其传声损失并和实验结果对比分析.研究结果表明:传声损失预测结果和实验值分布趋势基本一致,但由于SE...     

薄铝板统计能量参数的测试方法研究

内损耗因子和模态密度都是统计能量分析(SEA)方法的关键参数,它们分别反映了振动结构系统的能量损耗与存储能力,对预示结构的振动响应有重要的影响。目前获得它们最常用和最可靠的方法还是通过实验来测量。本文分别采用了瞬态衰减法和稳态能量流法测试薄铝板的内损耗因子,并阐述了这两种方法实施过程中的注意事项,对比分析了它们的测试结果;又采用导纳法测试了薄铝板的模态密度,并对其测试结果进行了附加质量修正。实验结果表明:内损耗因子的两种测试结果一致性较好,经过质量修正后的模态密度与理论值吻合良好。     

相关激励下的统计能量分析法研究

传统的统计能量分析法的基本公式是在相互独立的激励下获得的.本文从相关激励下的功率流分析入手,引入相关功率流的概念,得出相关激励下保守耦合系统功率流的表达式,给出了结构在相关激励下的统计能量关系式,数值计算表明,文中分析及结论是正确的.     

基于能量准则的板振动控制的LQR法

针对压电层合结构振动的主动控制问题，为了优化控制效果，本文基于现代控制理论提出了选用结构振动能量和控制信号能量作为控制目标函数的LQR法。首先，按能量准则推导了控制目标函数中权系数矩阵(Q矩阵和R矩阵)的理论计算公式，为权系数矩阵的选取提供了一定的理论依据。然后，运用该算法，分析了压电层合板受到初始位移激励和冲击载荷作用下的控制过程，用Matlab进行系统仿真，得到了板中心点的位移和控制电压大小随时间变化的曲线。数值模拟的结果表明，该方法能达到更有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的，与一般的LQR控制方法相比，能满足系统多方面的设计要求且控制效果更优，从而验证了该LQR方法运用到结构振动主动控制中的可行性。     

相关激励下的统计能量分析法（SEA）研究

目前相关激励下的统计能量关系实质是在比例相关或互谱密度为实数的相关激励下获得的，从分析普通相关激励下的功率流入手、给出相关激励下保守耦合系统及非保守耦合系统统计能量关系的普遍形式，实例表明：文中的分析和结论是正确的。     

基于量纲分析理论的煤尘爆炸能量预测模型

为预测煤尘爆炸能量,基于量纲分析理论建立煤尘爆炸能量预测模型。选取爆炸能量E、空气密度ρ和大气压强p的量纲为导出量纲。根据量纲分析Π定理得出含有待定参数λ的具有普适性的能量预测模型。通过小型煤尘爆炸性实验设计,测定10次爆炸最长火焰长度平均值l₀、10次最长火焰长度出现时间平均值t₀与该小型煤尘爆炸中释放能量E₀,确定模型中参数λ为0.467。对模型变量t、E、l的函数关系进行合理性检验。通过实测的15组不同时刻的火焰长度进行模型变量t、l幂指关系检验。检验结果表明:量纲选取完备,预测模型科学合理。     

一般相关激励下保守耦合系统的统计能量分析

目前相关激励下的统计能量关系实质是在比例相关或互谱密度为实数的相关激励下获得的。本文从分析普通相关激励下的功率流入手，给出相关激励下保守耦合系统统计能量关系的普通形式。实例表明，文中结论是正确的。     

高速铁路连续箱型梁桥的动力响应与减振分析

根据列车具体的轴距和轴重,建立了和谐号动车组CRH380AL型列车简化模型;对高速铁路两跨连续梁桥采用多自由度欧拉伯努利梁单元进行主梁的模拟,并将液体黏滞阻尼器模拟为有限元阻尼单元;采用Newmark直接积分方法求解了高速列车作用下的连续梁桥运动方程,数值分析了列车车速以及液体黏滞阻尼器的阻尼系数对于高速铁路连续梁桥振动响应的影响。结果表明:黏滞阻尼器对于桥梁具有明显的减振效果,阻尼力不仅与阻尼系数有关还与列车时速有关;同一黏滞阻尼器条件下,桥梁的最大加速度并不随列车速度的增加而单调增加,而是在某些特定列车车速下桥梁的最大加速度出现了峰值,且随着黏滞阻尼器的阻尼系数增大,桥梁振动响应峰值处的最大加速度减幅不同;同一列车时速的条件下,桥梁的减振效果并不是随着阻尼系数的递增呈正比递增,而是随着阻尼系数的增大,阻尼器的减振效果增幅在减小。     

Mixed energy method for solution of quadratic programming problems and elastic-plastic analysis of truss structures

A new algorithm for the solution of quadratic programming problems is put forward in terms of the mixed energy theory and is further used for the incremental solution of elastic-plastic truss structures. The method proposed is different from the traditional one, for which the unknown variables are selected just in one class such as displacements or stresses. The present method selects the variables in the mixed form with both displacement and stress. As the method is established in the hybrid space, the information found in the previous incremental step can be used for the solution of the present step, making the algorithm highly efficient in the numerical solution process of quadratic programming problems. The results obained in the examples of the elastic-plastic solution of the truss structures verify what has been predicted in the theoretical analysis. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 50178916, No. 19732020 and No. 19872016), the National Key Basic Research Special Foundation (No. G1999032805), the Special Funds for Major State Basic Research Projects and the Foundation for University Key Teachers by the Ministry of Education of China.     

汽车摆振动力学机理研究——位移延时反馈及能量传递分析

主要分析了汽车摆振的动力学机理。通过使用解析法从理论上证明了摆振是由位移延时反馈引起的自激振动现象。利用数值分析方法揭示摆振系统的动力学机制及响应行为,验证了解析分析的相关结论。并进一步计算能量输入与能量传递的值,结果表明能量输入可以用来评价汽车摆振的动力学响应。最后根据能量传递规律提出汽车摆振的抑制措施。     

基于功率谱的爆破地震能量分析方法

针对爆破振动频度-能量分布的定量分析问题,提出了一种基于功率谱的能量分析方法。功率谱密度表征了一定频率谐波分量能量的相对大小,以此为出发点,推导出可以表征爆破振动频度-能量分布的计算方法,结合工程实例的分析结果表明,利用该方法可以实现爆破振动频率构成的定量分析。同时将该方法与目前通用的小波变换能量分析方法作了比较,两者的原理是一致的,但基于功率谱的能量分析方法直接利用频谱分析完成从时域到频域的转化,因此分析过程简便,物理意义明确,更容易理解和掌握。     

Dynamical energy analysis on mesh grids: A new tool for describing the vibro-acoustic response of complex mechanical structures

We present a new approach for modelling noise and vibration in complex mechanical structures in the mid-to-high frequency regime. It is based on a dynamical energy analysis (DEA) formulation which extends standard techniques such as statistical energy analysis (SEA) towards non-diffusive wave fields. DEA takes into account the full directionality of the wave field and makes sub-structuring obsolete. It can thus be implemented on mesh grids commonly used, for example, in the finite element method (FEM). The resulting mesh based formulation of DEA can be implemented very efficiently using discrete flow mapping (DFM) as detailed in Chappell et al. (2013) and described here for applications in vibro-acoustics. A mid-to-high frequency vibro-acoustic response can be obtained over the whole modelled structure. Abrupt changes of material parameter at interfaces are described in terms of reflection/transmission matrices obtained by solving the wave equation locally. Two benchmark model systems are considered: a double-hull structure used in the ship-building industry and a cast aluminium shock tower from a Range Rover. We demonstrate that DEA with DFM implementation can handle multi-mode wave propagation effectively, taking into account mode conversion between shear, pressure and bending waves at interfaces, and on curved surfaces.     

基于小波变换的爆破地震信号能量分析法的应用研究

根据爆破地震信号具有持时短、突变快等特点,结合工程爆破地震监测资料,利用小波包良好的时频局部化性质对爆破地震信号的能量分布特征进行了分析,研究了爆破地震信号的能量在传播过程中的变化规律,得到了爆破地震信号不同频带上的能量分布。根据爆破地震信号不同频带的特征频率与受控建筑物自振频率之间的关系,确定爆破地震对建筑物的影响。并用工程实例说明了该方法比用单一强度因子作为爆破地震的安全判据更加有效。     

地下工程爆破振动信号能量分布特征的小波包分析

根据爆破振动信号具有短时非平稳的特点 ,利用小波包分析技术对地下工程爆破振动信号的能量分布特征进行了研究。首先 ,简略介绍了小波变换与小波包分析的特点 ;其次 ,基于MATLAB(MaterialsLab oratory)对段药量和爆源距离等不同条件下记录的 8条爆破振动信号进行小波包分析 ,得到了爆破振动信号在不同频带上的能量分布图 ;最后 ,分析了爆破振动信号能量的分布特征。本分析手段为研究地下工程爆破地震效应特别是振动速度 频率相关安全准则提供了一种有效的分析技术。     

下穿隧道爆破荷载激励下边坡振动预测及能量分析

为解决边坡与下穿近接隧道协同爆破施工安全难题,结合某石油储备基地扩建项目,运用量纲推导、现场实验与信号分析相结合的方法,构建考虑高程影响的振动峰值速度公式,研究隧道爆破振动能量沿坡面的衰减机制。结果显示,边坡同台阶边沿处质点振速峰值大于坡脚处,坡面局部存在振动速度高程放大效应;引入相对坡度H/D的爆破振动模型对坡面质点振速预测精度高,可反映边坡角对高程放大效应的影响;振动速度及能量沿坡面均呈现出近区衰减快、远区衰减慢的传播特性,同时隧道爆破振动能量集中分布在0～300 Hz范围的多个子振频带,且高频能量沿坡面衰减更快,能量卓越频带中值以指数形式衰减,能量最终向低频带集中。