腔体低频声传递函数的理论及其实验求解方法的研究

建立了腔体低频声场的声传递函数的概念,并在模态测试和声场指定点的力／声频响函数测量的基础上,提出了求解由腔体内指定点声压和振动壁板的体积速度的比值所决定的声传递函数的方法,即由模态实验得到结构的模态参数,变换激励力的位置,形成并求解有关声传递函数的线性方程组。同时分析了腔体壁板振动区域划分总数存在上限的原因。实验结果证明了这种声传递函数求解方法的可行性。     

航空发动机风扇管道径向声模态模拟与识别技术

针对航空发动机风扇管道径向声模态模拟与测试问题,研究了径向声模态模拟技术以及径向声模态识别技术。采用基于径向排布的声源阵列形式,调节阵列预设的各扬声器幅值及相位实现径向模态声源模拟。建立声源管道下游多圈环形阵列,根据阵列位置信息构造求解模态的传递函数矩阵,运用Tikhonov正则化方法减小传递函数矩阵的条件数,从而实现径向声模态识别能力。通过理论推导和数值计算,设计风扇管道径向声模态试验装置,并在消声室进行试验验证。通过试验验证了该系统具备周向4阶以内,径向2阶以内的径向声模态模拟与识别能力。     

基于有限元素法的小尺度封闭空间低频声传递函数求解方法研究

如何求解封闭空间中声源点到接收点的低频声传递函数已成为目前小尺度封闭空间可听化技术研究的关键问题。具有较高计算精度并能够处理任意结构形状的有限元素法可作为求解该问题的合适的方法。本文推导出了小用于小尺度封闭空间低频声传递函数的有限元素求解方法,并编制了相应的计算机程度。最后的算例中通过与经典模态迭加法给出的结果进行比较,验证了该方法的正确性。     

基于模态展开法的水下航行器辐射噪声远场预测方法研究

为了通过圆柱体表面离散声压或振速数据,实现对有限长圆柱壳体的辐射声场预测,提出"基于模态展开法的声场预测"算法。该算法将介质中有限长圆体的径向振动用轴向及周向模态表示,并建立各阶模态与全息面之间的传递函数矩阵,通过匹配全息面声压或振速来确定各阶模态系数;在此基础上,少量远场声压数据进行最小二乘意义下的参数匹配,获取最优的轴向及周向模态阶数,最终实现辐射声场的预测;通过点声源、圆柱体模型及船舶模型的数值仿真及消声室试验,验证了该方法的准确性和有效性。仿真及实验结果表明:与圆柱统计最优近场声全息方法相比,所提出的方法在全息孔径以外不会出现周期性虚像,适用于有限长圆柱体的辐射声场预测。     

封闭空间中结构声辐射的有源力控制研究

推导了在初级力源和次级力源共同作用下的弹性结构振动声辐射公式,对封闭空间中的有源结构声控制（ＡＳＡＣ）建立了有源力最优控制模型。模拟实验研究了弹性结构由力源激励所产生的封闭空间声场的特点、有源控制力向量的位置、幅值和次级力源个数的选择等问题。结果表明,弹性结构在力源激励下的封闭声场,是由激励力大小、结构模态和空腔模态间的耦合决定的;对于单模态振动声辐射,应选取振幅最大处作为次级力源的位置,同时优化力的大小;另外,合理选取次级力源个数可有效控制多模态振动声辐射。这些结论为建立封闭空间中结构声辐射有源力控实验系统提供了理论基础。     

夹层结构声振耦合分析方法

为了研究夹层结构的声振耦合特性,提出了夹层声场的声波导模态展开方法,在此基础上发展了声波导模态展开方法的弱耦合形式,波导边界分别研究了绝对软边界和绝对硬边界两种形式,与结构模态展开方法和声腔模态展开方法及其弱耦合形式作对比,分析了声模态和声波导模态阶数对传声损失计算精度的影响,研究了不同夹层边界条件下夹层结构的声振耦合特性和夹层声场声压的分布情况。计算表明,需要的声波导模态阶数和声腔模态阶数由计算频率段的最高频率决定,最高频率越大,需要的声波导模态阶数和声腔模态阶数也越多;夹层结构的声振耦合特性是结构振动模态和声腔模态综合作用的结果,"梁-空气-梁"共振、驻波共振以及结构共振都会使得结构的隔声性能下降;夹层边界对结构的声振耦合特型有显著的影响;不同的夹层声场处理方法对于相同的物理现象得到的夹层声场分布不完全相同,从声场分布的特点可以反映所发生物理现象的机理。     

测量点位置对声源识别的影响

振动表面的振速可以用声辐射模态展开表示,讨论了利用声辐射模态进行噪声源识别的方法.对于声源振速重建,关键就是确定展开系数.在声场中选择N个测量点,测量声场中的信息,求解展开系数.以平板振动为实例,利用声辐射模态对平板表面的振速分布进行重构,研究声源识别问题.通过模拟计算,发现声辐射模态方法结合Tikhonov正则化方法可以进行噪声源识别.同时就同一测量面上测量点的不同分布情况对识别的不同效果进行分析.研究结果表明:测量点位置分布不均匀时,声源识别效果较好.     

基于声能量密度的自适应主动结构声控制研究

目前,基于自适应滤波的噪声主动控制系统目标有:声势能控制、均方声压控制、声能量密度控制,声势能和均方声压控制忽略了声场动能,使得某处声势能的降低的同时动能增加,以至于封闭声场的总能量增加,产生控制溢出.以矩形封闭空间结构振动-声耦合系统的为研究对象,采用力控方式,建立了以声能量密度最小为控制目标的自适应主动结构声控制系统(ASAC).在应用模态叠加法建立低频声传递函数基础上,分别对腔体弹性壁单频激励振动噪声、有限带宽随机激励振动噪声进行了控制仿真研究.仿真结果表明,基于声能量密度的主动控制比基于均方声压的主动控制降噪效果明显,并使控制后封闭空间声场较为均匀,对溢出问题有明显的改善.此外,还研究了平面上传感器位置变化对降噪效果的影响.     

内燃机油底壳模态分析及噪声预测

采用有限元方法和边界元方法建立了复杂结构辐射噪声预测模型，可用于计算辐射声功率、场点声压、固体声和辐射效率等声场特性参数。对内燃机油底壳进行了模态分析和噪声预测，并研究了约束条件及激励力作用位置对声辐射的影响，为噪声优化设计打下了良好的基础。     

利用源强分布声辐射模态识别噪声源

为了解决噪声源识别中存在的识别精度不高、分辨率受限、对测量条件要求高等问题,提出了基于源强声辐射模态的噪声源识别方法。该方法首先计算结构的源强声辐射模态矩阵和声场分布模态矩阵,然后利用声场中测得的声压数据向量与结构声场分布模态矩阵的关系求出声辐射模态展开系数向量,最后通过声辐射模态矩阵和声辐射模态展开系数向量的积就可得到结构的源强分布,从而达到对噪声源识别的目的。该方法利用较少的测量点可以获得较高分辨率和识别精度。通过平板振动仿真和音箱实验验证了该方法对平面结构噪声源识别的有效性。     

受路面随机激励作用车室低频耦合轰鸣声分析

为分析车室受路面随机激励作用产生的低频轰鸣声,采用白噪声过滤方法模拟路面随机激励,建立路面随机激励时域模型,根据拉格朗日原理建立整车七自由度振动动力学模型,利用Matlab建立受路面随机激励作用引起的悬架激励力仿真模型,并通过快速傅里叶变换得到悬架激励力幅频谱。利用Hypermesh建立车身结构有限元模型和空腔声场有限元模型,分别利用Nastran、Virtual.Lab计算车身结构模态和空腔声场模态,并采用模态叠加法计算声固耦合系统模态,最后施加悬架激励力载荷进行基于模态的耦合声学响应分析。分析结果表明:在频率20 Hz~50 Hz范围内,路面随机激励对车室低频耦合轰鸣声的贡献较大,以结构变形为主的耦合系统模态,受路面随机激励作用极易使车室空腔出现低频耦合轰鸣声。     

声辐射模态理论及应用研究综述

文章对声辐射模态技术研究相关进展进行了综述。介绍了声辐射模态理论从创立以来的研究成果及其在结构声有源控制、噪声源识别和声场重建等方面应用研究情况。对当前制约声辐射模态技术应用的关键问题进行了简单分析，并对其进一步发展提出了展望。     

基于等效源法插值的声场重放方法

声场重放旨在保留声音内容与声场空间特性,创造或再现一个真实的空间声学环境.一套在真实"听音室"实现的声场重放听音系统,需要对扬声器阵列的声传递函数进行多次测量,这个过程繁琐且耗时.文章提出一种等效源法插值重放方法,在传声器采样率较低的情况下,实现了扬声器阵列声传递函数在整个目标重放空间内的插值.对比传统的声压匹配法,所...     

橡胶芯夹层板隔声特性研究

基于夹层板的Hoff理论和声学反射、透射和辐射机理，建立了声振理论模型，结合模态函数的正交性及流-固耦合边界条件求解了声振耦合系统方程。再根据声场的特性，建立了混合声场下夹层板的隔声量表达式。最后，用数值方法研究了芯层的损耗因子、厚度、弹性模量，以及平面尺寸对夹层板隔声量的影响，对工程应用有一定的参考价值。     

基于声辐射模态的声场重建中的测点优化方法

少测点条件下,利用声辐射模态理论重建声场时,测点布置方式是决定声场重建精度的一个关键因素。为求得最佳测点布置方式,提出了一种基于声辐射模态的最优测点选择方法,即基于声辐射模态矩阵的奇异值分解,采用循环迭代的方式,逐次去除对其最小奇异值最敏感的测点,从而得到了一组使重建方程条件数最小的测点。实验结果表明,利用文中提出的最优测点选择方法布置测点,能够对声场进行有效的重建,重建效果优于均匀布置方式,显著提高了声场重建精度。     

简支Mindlin板的振动与声辐射研究

建立基于Mindlin厚板理论的简支矩形板振动及声辐射数学计算模型。通过Rayleigh积分公式计算出板结构与声场交界面的声压,进而获得求解结构表面振速的方程。利用振动模态正交性获得结构振动与声辐射的特性参数以及声辐射阻抗与模态声辐射系数。由于Mindlin厚板模型考虑了板的横向剪切变形和转动惯量,其动力学计算结果比经典薄板理论更精确,在高频时更可靠。但由于声辐射只跟板的横向振动相关,两种模型计算出来的平均辐射效率没有明显区别。     

结构声辐射的源强声辐射模态分析方法

为了解决不易获取复杂结构振速声辐射模态和利用其计算复杂结构外辐射声场困难的问题,提出源强声辐射模态分析方法。该方法利用简单源积分公式将结构表面连续的源强分布等效为一组简单源源强分布,利用这组简单源源强分布构造了结构辐射声功率2次型表达式,其2次型系数定义一个辐射阻矩阵,辐射阻矩阵的特征向量就构成了源强声辐射模态,从而实现复杂结构总辐射声功率的解耦。只要获得声辐射模态的展开系数,声场中的声压、质点法向速度等声学量都可由源强声辐射模态叠加得到。球形声源和棱台体声源的分析表明：源强声辐射模态保留了传统的声辐射模态优点,更方便解决复杂结构声辐射问题。     

声辐射模态在声场重构中的应用

基于声辐射模态,对辐射声场的重构进行仿真研究,取得了令人满意的结果。声辐射模态包含声源几何形状的影响,利用声辐射模态可实现对任意复杂形状声源的声场重构。声源相对简单时,需要较少的测点数就可以得到很好的重构效果。对于复杂的声源辐射声场,重构中结合正则化方法保证重构的高效性与精确性。同时,探讨通过重构声源表面声压的方法来识别噪声源,经过模拟计算和可视化的实现,表明方法简单可行。     

夹层结构中夹层声场的处理方法研究

以二维双层弹性梁为例研究夹层声场的处理方法,从不同的物理视角,提出了夹层结构中夹层声场的横向声模态展开方法和声波导模态展开方法,并与夹层声场采用结构模态展开形式和声腔纯模态展开形式时的传声性能作对比。运用四种夹层处理方法计算了不同参数组合形式结构的传声损失。计算表明:夹层的横向声模态函数展开方法与结构模态展开方法在计算结构传声损失上是等价的;声波导模态函数展开方法在计算结构传声损失上与声腔模态展开方法是等价的;结构的传声损失曲线中的隔声低谷由结构共振、‘梁-空气-梁’共振以及驻波共振共同作用产生的结果;四种计算方法可以反映结构共振、‘梁-空气-梁’共振以及垂直与结构表面方向的驻波共振对结构传声损失的影响,除此而外,夹层的声模态展开形式和声波导模态展开还反映了平行于结构表面方向的驻波共振和其余的声模态对结构隔声性能的影响,因此在其对应的传声损失曲线中有更多的隔声低谷。     

弹性结构封闭空间有源消声理论研究

本文从理论上研究了外力激励弹性结构条件下封闭空间有源消声问题。首先根据声弹性理论,提出分步代入法求解初、次级声场,然后以封闭矩形和圆柱空间为例,研究了不同介质条件下有源消声规律。结果表明:对于弹性结构封闭空间有源消声,当结构-声腔耦合较弱时,次级声源基本上只能抵消声腔模态;当结构-声腔耦合较强时,次级声源不仅能抵消声腔模态,而且对抵消与声腔模态耦合良好的结构模态辐射声也有作用。