求解随机振动结构声辐射的统计边界元方法

机器的机械振动在音频范围内大多是具有明显随机性的随机过程，普通边界元方法不能计算这类具有随机边界条件的结构声辐射问题。本文提出将边界元方法和统计方法相结合的统计边界元方法，导出了求解随机振动物体所辐射噪声声场的计算公式。通过求解随机声场算例的计算，表明本文所提出的方法是正确的。     

悬臂方薄板振动的辐射声场及竖裂纹对其频谱的影响

在将悬臂板挠度表示为正交多项式之和的基础上，利用瑞利-里兹方法求解了悬臂板的前几阶振动模态频率及挠度．进而利用瑞利积分求解了其自由振动辐射声场的分布规律。用分区技术的瑞利-里兹方法求解了竖裂纹对悬臂板低阶模态频率的影响，并将计算结果与有限元结果作了对照。实验上用小球撞击法测定了含竖裂纹悬臂板辐射声场的频谱，谱成分与有限元结果基本符合。     

任意阵形水声换能器阵辐射声场计算

本文用边界元的方法计算了阵形任意的水声发射换能器共形阵的辐射声场。在详细研究了边界元方法基本理论的基础上，采用Pro／ENGINEER软件与ANSYS软件相结合来建立换能器阵的边界元模型，再用SYSNOISE软件计算其辐射声场和辐射阻抗。这种声场计算方法可用于发射换能器阵设计阶段对设计结果进行预报。     

裂纹及水介质对薄圆板振动辐射声场特性的影响

在有限元模态分析的基础上,提取了含人工裂纹的薄板各单元的相关参数,并将瑞利积分离散化,进而计算了裂纹薄板辐射声场的轴向声压分布和r=0．5 m球面上声场分布。结果表明,径向裂纹不仅使模态裂解为关于裂纹的对称模态和反对称模态,而且使声场分布有显著的变化。方法的有效性通过完整圆板辐射声场来验证。该方法可用于求解任意形状穿透裂纹薄板辐射声场的计算。还提出了一种简便计算置于无限大障板上的裂纹薄板水中振动频率以及辐射效率的计算方法。在假定薄板作小振幅振动、水中模态挠度近似为真空模态挠度的条件下,利用瑞利积分得到了因流体压而引起的附加质量密度。进而应用瑞利方法得到了薄板水中振动频率与真空中振动频率、无量纲附加虚质量增量之间的关系。在真空中模态的有限元方法分析数据以及采用适当方法处理奇点积分的基础上,应用离散积分计算了无量纲附加虚质量增量的值。从真空中模态特征频率出发用迭代法直到水中频率收敛为止而得到水中薄板的特征频率,进而计算了薄板的模态辐射效率。方法的有效性通过薄板的无量纲附加虚质量增量与Kwak的结果对比的一致性来验证。     

一种预测扩散声场在非规则形状刚性壁面附近干涉图样的方法

扩散声场会在反射边界附近形成干涉图样,研究方法包括平面波模型、简正模态分析、渐进模态分析等,但仅适用于尺度远大于声波波长的矩形声腔。提出一种预测扩散声场在非规则刚性壁面结构附近形成的干涉图样的数值方法,表明结构附近“受挡”声压的互谱矩阵取决于:(1)假定该结构在自由空间中振动辐射声音时其表面法向振速到表面及场点声压的边界元系数矩阵;(2)假定结构置于自由空间中且表面刚性时,点声源辐射声波入射到结构表面上产生的散射声场的边界元系数矩阵;(3)扩散声场均方声压。仿真表明,该途径预测的干涉图样与理论值完全吻合。该预测方法还可用于混响环境下声源附近直达声压均方值的空间分布估计,为混响环境下设备的声源定位提供帮助。      

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．     

宽带密排平面阵声辐射分析

应用声有限元-边界元法计算了宽带基阵声场分布.建立了平面9元阵有限元-边界元模型,给出了阵元之间互阻抗数值计算方法,分析了阵元间互辐射对声性能影响的变化规律,计算了9元阵3个谐振频率点处指向性和波束宽度.利用3谐振换能器研制出一种宽带密排平面9元阵,并在消声水池中对其输入阻抗和指向性进行了实验测量.研究结果表明,按阵元...     

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...     

利用声辐射模态重构任意目标的散射声场

水下目标散射声场的重构可以作为水下目标散射特性的研究基础。本文主要利用声辐射模态对水下目标进行散射声场重构研究。首先,在借助声传递矩阵给出的任意结构声辐射模态的流体域求解方法基础上,通过理论证明了目标的散射声压与声辐射模态具有函数关系。其次,借助声场分布模态的概念,同时考虑到声场分布模态病态及声压测量易受噪声污染,提出基于声辐射模态的正则化散射声场重构算法。仿真结果表明,波数越低,重构所需声辐射模态阶数越少,在较高波数时仅需总模态数的大约20%即可对声场进行重构。与基于边界元的声场重构算法相比,计算量减小了至少80%,且克服了赫姆霍兹积分方程最小二乘法仅对球壳结构的重构效果较好而不适用于长条形结构重构的缺陷。     

环筋对水下平底圆柱壳的声振特性影响

本文建立了计算两端带平底板的有限长圆柱壳水中声辐射的FEM／BEM三维模型，探索了加筋的高度、宽度、数目对平底圆柱壳的辐射功率、辐射效率、法向声强、声场指向性的影响规律。计算方法是在有限元软件ANSYS中做加筋平底圆柱壳建模、模态分析基础上，将有关数据（网格、模态）导入边界元软件SYSNOISE中计算流体结构耦合状态下的辐射声场特性。结果表明：（1）随着环筋高度、宽度增大，激励点声压峰和法向声强峰在0-400Hz频率范围内数目减少且峰向高频方向移动，同时辐射声功率在减小（除个别模态峰值外），而辐射效率随筋高增大而增大。（2）环筋数目的增加使激励点辐射声压和法向声强峰数目明显减少，使辐射声功率明显低于无筋圆柱壳的辐射声功率，辐射效率随环筋数目增大而增大。（3）环筋宽度变化对声场指向性影响不大；圆柱壳声场指向性随环筋高度和数目增加出现较大变化，尤其是在研究的频段内的f=51Hz和f=301Hz上。这对于水下结构辐射噪声预报以及噪声抑制具有重要意义。     

基于联合波叠加法的浅海信道下圆柱壳声辐射研究

针对浅海信道下弹性结构声辐射预报尚无高效可靠的研究方法,提出了一种浅海信道下弹性结构声辐射快速预报的联合波叠加法.该方法结合了浅海信道传输函数、多物理场耦合数值计算法和波叠加法理论,运用该方法可对浅海信道下弹性结构辐射声场进行快速预报.经数值法和解析解法验证后,从信道下辐射源、环境影响和辐射声场测量的角度研究分析了浅海信道下弹性圆柱壳的声辐射特性,阐释了进行浅海信道下结构声辐射研究的必要性.研究结果表明,仅在低频浅海信道下弹性结构可近似等效为点源,信道上下边界对声场产生显著的耦合影响,高频段的空间声场指向性分布尤为明显,垂直线列阵进行信道下结构辐射声功率测量时,测量结果受到信道环境边界和潜深的影响较大.     

用BEM法预测梁型振动构件的声场辐射

本文以Helmholtz积分法为基础,应用边界元方法,推导出适合于计算机应用的振动构件声场辐射的预测方法,并对悬臂梁的振动声场进行了预测和实测,实测结果表明,该预测方法是有效的.     

用基于声类比的边界元计算管道风扇的管道声传播和辐射

本文介绍了用基于声类比的边界元计算管道风扇声场的新方法,将已被成功地应用于物体对外声场的散射计算方法推广应用到管道风扇的管内声传播和管口声辐射问题。数值结果表明了模型和方法的正确性及其可以作为管道声处理降噪敏果预测的工具。     

周界固定带裂纹薄圆板的振动基频

在将裂纹板挠度表示为正交多项式的基础上，用分区技术的瑞利一里兹方法求解了含不同长度径向裂纹和弧向裂纹的周界固定圆板的振动基频。实验上用小球撞击法测定了裂纹圆板的辐射声场频谱，并得出了谱的基频。此外用有限元法对裂纹板作了理论计算。三项结果基本符合。探究了裂纹长度对圆板基频的影响规律。     

水下圆柱壳结构表面振速插值方法及其辐射声场预测

提出一种圆柱壳表面速度的全局插值算法,表面速度函数周向采用Fourier级数、轴向采用分段Lagrange函数表示,利用圆柱壳结构表面有限位置处的测量数据,计算得到速度函数的级数展开式系数,然后对表面其它位置处的振速进行插值,避免了传统的局部插值和离散产生的误差。数值算例验证了该插值方法能通过有限点位置处的数据,获取连续光滑的表面速度分布,并能满足圆柱壳辐射声场预测的需求。进而,在实验条件下,使用该插值方法对双层圆柱壳水下辐射声场进行了预测,实验结果表明通过该插值方法得到壳体表面速度分布,利用快速边界元方法计算得到的预测声场与实测声场有很好的一致性,验证了该插值方法在圆柱壳辐射声场预测中的正确性和工程适用性。      

水下圆柱壳结构表面振速插值方法及其辐射声场预测

提出一种圆柱壳表面速度的全局插值算法,表面速度函数周向采用Fourier级数、轴向采用分段Lagrange函数表示,利用圆柱壳结构表面有限位置处的测量数据,计算得到速度函数的级数展开式系数,然后对表面其它位置处的振速进行插值,避免了传统的局部插值和离散产生的误差。数值算例验证了该插值方法能通过有限点位置处的数据,获取连续光滑的表面速度分布,并能满足圆柱壳辐射声场预测的需求。进而,在实验条件下,使用该插值方法对双层圆柱壳水下辐射声场进行了预测,实验结果表明通过该插值方法得到壳体表面速度分布,利用快速边界元方法计算得到的预测声场与实测声场有很好的一致性,验证了该插值方法在圆柱壳辐射声场预测中的正确性和工程适用性。     

基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法

为了提高分布式结构声源的声场重建精度,本文提出了基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法.该方法首先利用声场叠加原理和结构振声传递特性,建立了结构声源表面振动与辐射声场之间的振声传递关系解析表达式,得到便于快速计算的振声传递矩阵,能够解决连续分布、相干结构噪声源的声传播模型精细化表征问题.然后利用振声传递矩阵作为传递算子进行声场重建,并与迭代加权算法相结合.通过将基于单元辐射叠加法的声场预报结果与解析法预报结果进行比较,验证了单元辐射叠加法具有较高的准确性.并将基于单元辐射叠加法的声场重建方法与传统等效源法近场声全息和迭代加权等效源法相比较,通过仿真分析与矩形板声场重建实验证明了基于单元辐射叠加法的声场重建方法能够改善结构声源的声场重建精度并增大近场声全息的有效测试距离范围.     

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。      

螺旋型电磁超声辐射声场对缺陷检测影响的 计算机模拟*

电磁超声(EMAT)作为一种非接触超声检测技术，已得到了普遍的关注和研究。然而，EMAT目前只得到了一些有限的应用，尤其在缺陷探伤应用方面还不能替代压电超声，深入探究其原因并加以改进，对推动EMAT在缺陷检测方面的应用具有重要意义。利用有限元方法建立了螺旋型EMAT模型，分析了其辐射声场和声场特征；通过将有限元计算所得到的洛伦兹力分布简化为门函数，并结合格林函数法，得到了螺旋型EMAT辐射声场的简化解析结果。这些方法可用于计算螺旋型EMAT辐射声场指向性以及在缺陷检测中比较关心的一些特征参数，如扩散角、偏离角等参数。通过螺旋型EMAT辐射声场实验，验证了理论分析结果。通过与压电超声检测理论与实验的对比，研究认为：螺旋型EMAT辐射声场的具有横波和纵波等多种波模及多种模态转换的特点，以及相对复杂的异型声场几何分布等复杂特性，使其在缺陷检测应用方面受到局限。这些研究方法对改进EMAT设计，优化控制EMAT辐射声场，拓展EMAT在缺陷检测方面的应用具有参考价值。     

空间声场全息重建的波叠加方法研究

提出了基于波叠加法的近场声场全息技术，并将其用于任意形状物体的声辐射分析.在声辐射计算问题中，边界元法是通过离散边界面上的声学和位置变量来实现，而波叠加方法则通过叠加辐射体内部若干个简单源产生的声场来完成.因而，基于波叠加法的声全息就不存在边界面上的参数插值和奇异积分等问题，而这些问题是基于边界元法的声全息所固有的.与基于边界元法的声全息相比较，基于波叠加法的声全息在原理上更易于理解，在计算机上更容易实现.实验结果表明：该种全息技术在重建声场时，具有令人满意的重建精度. 关键词： 声全息 逆问题 波叠加方法 正则化方法