应力参数对圆柱壳声辐射影响的初探

对加筋圆柱壳由于肋骨数目改变所引起的结构应力参数变化对辐射噪声的影响进行了探索．运用Ansys软件建立不同结构参数的加筋圆柱壳有限元模型，计算了模型在激振力作用下的耦合振动响应，提取结构表面的位移，在Sysnoise软件中计算各种声学物理量．得到了各工况下模型在水下受激振动时的结构表面速度、水中辐射声压和辐射声功率等分布规律．找出了肋骨数目改变引起的结构应力参数与加筋圆柱壳振动和结构声辐射之间的关系，对舱段结构振动与噪声的控制有重要的参考意义．     

有限长开口圆柱薄壳声辐射计算的新方法

提出以边界元近似求解开口结构内外表面声场的耦合积分方程的办法，解决开口薄壳结构的声辐射问题，数值计算了一有限长开口圆柱薄壳结构在声介质中谐振振动时，壳内的压力分布和辐射声场的指向性。     

列车车轮滚动噪声的频域特性研究

为探究轮轨表面粗糙度激励下车轮的振动辐射声场特征,采用有限元法-边界元法相结合的方法,建立车轮和轨道的三维有限元模型.分析了其结构振动模态和位移导纳,并通过声学边界元软件LMS Virtual.Lab建模,对车轮辐射声场与真实激励下辐射声功率级进行预测研究.结果表明,轮轨接触点处车轮径向导纳变化剧烈,在计算频率范围内自振频率较多,而钢轨垂向导纳变化整体较为平和,仅在钢轨Pinned-Pinned频率附近变化较剧烈;车轮的声辐射效率在低频时较小,随着频率增大而增大,并逐渐趋近于1;计算得到的每单位粗糙度接触力与Thompson的计算结果基本相符,在国际标准BS EN ISO3095:2013激励下,高频范围的声功率级大于低频范围.研究结果为探讨轨道车轮在真实激励下的辐射噪声预测及控制提供了帮助与参考.     

列车车轮辐射声场的有限元法-边界元法研究

为探索车轮在轮轨表面粗糙度激励下的振动辐射声场特征,利用有限元法-边界元法相结合的方法,完成了建立车轮和轨道的三维有限元模型,根据有限元法分析其结构振动模态和位移导纳特性,通过声学边界元软件Virtual. Lab对车轮辐射声场及真实激励下辐射声功率级进行预测研究。结果表明:轮轨接触点处车轮径向导纳变化剧烈,在计算频率范围内自振频率较多,而钢轨的垂向导纳变化整体较为平和,在钢轨Pinned-Pinned频率附近变化较剧烈;车轮的声辐射具有较强的指向性,其声辐射效率在低频时较小,随着频率增大而增大,并逐渐趋于1;计算得到的每单位粗糙度的接触力与D. J Thompson根据轮轨相互作用模型计算出的结果基本相符,真实激励下的声辐射功率总体来看高频范围的声功率级大于低频范围。研究结果可为进一步探讨列车车轮在真实激励下的辐射噪声预测及控制提供帮助与参考。     

铝电解槽焙烧启动过程热应力有限元分析

运用有限元软件AN SY S对300 kA铝电解槽焙烧启动过程一系列温度场下的热应力耦合场进行了数值计算,通过计算内衬外表面热膨胀压力,对槽壳变形和摇篮架工字梁上拱进行了分析,并讨论了内衬外表面热膨胀压力的变化规律,为铝电解槽焙烧启动过程仿真与优化提供了参考.     

声振耦合声场分析与声辐射结构优化

为实现内声场和外声场同时存在的强耦合声辐射预报和噪声优化,建立有限元/边界元强耦合方程,并给出两种声功率灵敏度的求解方法。首先给出结构和内声场的声振耦合有限元方程,并考虑外声场声介质对结构的反作用,根据交界面力和法向速度的连续性建立有限元/边界元强耦合方程;然后针对声功率拓扑优化中单元灵敏度分析时难以解耦的问题,将声功率转化为以结构位移为变量的表达形式,并修改伴随方程,实现将该方法扩展至强耦合优化问题中;同时针对伴随变量法(adjoint variable method,AVM)推导过程复杂的问题,提出声功率灵敏度的直接求导法;最后采用线性化刚度方法将结构单元相对密度作为连续设计变量,对不同的结构材料和声介质组合优化问题展开研究。对比计算表明:该耦合模型计算的响应值与采用无反射边界的有限元法计算结果基本吻合;直接求导法和伴随变量法均可使迭代达到收敛,但直接求导法推导过程更简洁高效;数值优化算例证明优化算法的适用性较好,在声功率优化设计中的有效性。     

水介质中弹性椭球壳体受激振动及声辐射场的数值分析

本文利用线性弹性薄壳理论描述椭球弹性壳体振动,引用Yen-Dimaggio的有限差分方法描述壳外声场.此模型推广了水下弹性椭球壳被点力源激励下的振动与声辐射问题的计算方法,它适用于单点与多点、对称与非对称受力情况,因而也适用于随机激励情况.数值计算了长椭球弹性壳体被端点力激励下的单频响应曲线及表面振动位移和声压的分布曲线,发现壳体声与振动的耦合谐振现象和简正模态关系,还计算分析了壳体辐射声场的近场传播规律以及远场指向性.     

海底管道流固耦合振动数值模拟

将海底管道简化为圆柱体,管道刚度简化为弹簧,结合在壁面附近进行低雷诺数修正的k-ω流体分析模型,采用Newmark-β法进行二次开发,建立了海底管道二维流固耦合振动计算模型.对静止圆柱体在不同间隙比情况的激振力变化规律进行分析,发现间隙比为0.4时易引起顺流向共振,间隙比为0.8时易引起横流向共振.采用数值模拟分析探讨流固耦合状态下涡激振动特点,提出了流固耦合时涡激振动激振基频的修正计算方法,结构振动各参量在横向共振响应频率为流固耦合激振力基频,而顺流向为基频的两倍.     

一种预报水下任意形旋转壳体振动和声辐射的近似方法

本文运用有限元/DAA2/边界元相结合的方式给出一种数值预报任意形水下旋转壳体振动和声辐射的近似方法.藉助DAA2近似,导出表面声压和位移的关系;采用修正的模态分解法求解流体——壳体耦合振动方程.以水下椭球壳振动和声辐射问题为例,在宽频率范围内对其计算结果的可靠性进行考察.结果表明,除水下壳体的本征频率处外,有限元/DAA2/边界元方法的精度是可接受的.该方法在研究水下壳体在宽频范围内的振动和声辐射时可大大降低数值计算量.     

双层壳体水下振动和声辐射的仿真分析

潜艇的隐身性是现代军用潜艇一项至关重要的性能指标，但由于问题的复杂性，对潜艇结构的声学计算一直没能得到很好的解决．采用有限元结合边界元的计算技术，对敷有隔声去耦材料潜艇舱段模型的声学性能进行了计算．在现有的计算软件中，ANSYS软件处理多物理场的功能比较强，并且有专门的声学计算功能，但它计算量大，后处理功能弱；SYSNOISE软件是专门的声学计算软件，但没有建模功能．考虑到它们各自的特点，采用ANSYS软件计算结构的流固耦合振动，在此基础上采用SYSNOISE软件计算辐射声场．最后对计算结果进行了总结分析，发现模型辐射声场中的声压呈有规律的花瓣形分布，内外壳的振动响应随着频率的增加而出现较大区别．本文的算法和结论对本领域的理论研究和实艇敷设去耦瓦都具有一定的参考价值．     

电磁超声表面波辐射声场的三维有限元分析

为了得到电磁超声表面波换能器在被测试件表面和内部的辐射声场分布,采用ANSYS有限元仿真软件对电磁超声换能器辐射声场进行仿真.建立了电磁超声换能器三维有限元模型并进行了优化,给出了被测试件中感生涡流与换能器激励线圈参数的量化关系.通过电磁结构耦合的方法得到被测试件内部及表面不同方向质点的位移变化,分析了在被测试件内部的辐射声场分布,并给出了被测试件表面辐射声场的指向性规律.根据仿真模型搭建了电磁超声探伤平台,实验结果与指向角仿真结果基本吻合.实验结果表明：对电磁超声表面波辐射声场的有限元仿真,为其设计优化、实际探伤范围的确定、接收线圈放置位置,以及收发装置的安装角度提供了依据.     

轴对称管道及消声器内部声场与管口声辐射问题的边界元法计算

边界元法用于计算轴对称管道及消声器内部声场与管口声辐射问题.对内部域和外部域有效的边界积分方程由管口处的连续性条件来耦合.轴对称边界积分方程被简化为沿母线的积分.采用三节点二次等参元对具有外插进出口管的膨胀腔消声器的传递损失、厚壁圆管内外声场及圆直管的辐射阻抗进行了计算并与其它方法结果进行了比较.作为应用实例,文中对简单膨胀腔消声器的插入损失进行了计算.     

用边界元-有限元法研究高架结构辐射噪声

高架结构是城市轨道交通的重要部分,其引起的结构辐射噪声问题引起了越来越多的关注。基于边界元Helmholtz积分公式和有限元流固耦合系统理论,推导了结构振动加速度与辐射声压之间的声传递向量,该传递向量可通过单元辐射叠加法求得,结合采用直线电机车辆的北京首都机场快轨线某段高架桥梁段现场试验结果进行了比较分析。结果表明：使用该方法计算的声压结果与实测结果的声压频谱分布及变化趋势吻合较好,该方法可用于城市轨道交通高架结构辐射噪声的预测研究。     

Prediction of a V-8 diesel engine’s structural radiated noise and research of important parameters’ effects on the engine’s acoustic behaviors

Based on the coupled boundary element method-finite element method(BEM-FEM)method and the acoustic transfer vector(ATV)technology,BEM/FEM model is proposed for a V-type eight cylinders engine acoustic radiation simulating analysis under semi-anechoic condition.Acoustic radiation power,field points sound pressure level and panel contributions are calculated by acoustic radiation response analysis.Additionally,based on the engine acoustic performance,different acoustic behaviors of engine are studied by changing engine materials,oil pan structures as well as geometry parameters.The acoustic performance of this engine is predicted and the influence of material,structural and geometry parameters on engine radiated noise are generalized.The principle will guide the design and optimization of the engine prototype in further work.     

有限长圆柱壳体声辐射特性影响因素研究

以水下简支薄壳为研究对象，对外力激励下有限长圆柱壳体声辐射特性的影响因素进行了研究.考虑有限长圆柱壳体与声场之间的互耦合，并讨论它们之间的互辐射阻抗对壳体的辐射声压级和表面振动均方速度级的影响，着重分析了壳体的纵横比以及材质对圆柱壳体声辐射特性的影响.数值计算结果表明,结构与声场之间的互辐射阻抗对壳体的辐射声压级有一定的影响，但是对表面振动均方速度级的影响很小；壳体厚度对声辐射特性的影响比长度对声辐射特性的影响更为明显；材质对声辐射特性的影响是不可忽略的因素.     

水下复杂壳体的声学相似性研究

采用有限元和球函数相结合的方法,建立水下复杂壳体——两端带半球壳的弹性圆柱壳的振动、耦合振动和声辐射方程,运用方程分析法,导出水下复杂壳体的振动、耦合振动和声辐射的相似关系,根据建立的相似关系实现对壳体的振动响应和声辐射的预报．运用大型有限元软件ANSYS对具有相似关系的模型和原型的振动响应和声场进行数值分析,算例表明,该方法切实可行并且为预报水下大型复杂结构体的振动响应和耦合声场提供了一种简洁、实用的研究方法．     

甲板刚度和垂向位置对环肋圆柱壳声辐射性能的影响

通过对具有内部浮动甲板(浮筏)的环肋圆柱壳结构在流体中的振动、声辐射特性的研究,就能够比较真实的揭示潜艇动力舱的振动和声辐射特点.本文采用四自由度弹簧技术来模拟圆柱壳体和浮动甲板之间的弹性连接,基于扩展的Rayleigh Ritz法,运用Hamilton变分原理导出壳体与甲板的耦合振动方程,并利用Helmholtz波动方程和流固交界面上的速度相容条件求得壳体表面辐射声压的表达式.进而讨论了在弹簧连接刚度一定时,浮动甲板刚度的变化以及其垂向位置的变化对圆柱壳的振动、声辐射特性的影响.结果表明,甲板刚度变化对壳体的振动和声辐射的影响比较复杂,与激励频率有关;甲板圆心角的增加会增大壳体的辐射声功率级.     

基于声波除灰的单排管阵列声场特性分析

基于边界元法,以单排管阵列为模型,运用ANSYS软件建立边界元模型,用振动—噪声分析软件SYSNOISE模拟计算了在不同位置的点声源激励作用下,管壁表面声场分布特性及指向性;通过计算场点,得出管阵列周围和远场的声场分布特性图。计算结论对于声波除灰技术的发展及应用均具有实际意义。