圆柱壳体动力响应中的模态参与问题研究

以两端简支圆柱壳体为例,研究了考虑正、余弦模态成分影响的圆柱壳体动力响应中的模态参与问题,提出了根据模态参与因子的分布特征判定模态截断阶次的方法,采用正、余弦模态叠加得到了圆柱壳体在冲击激励及旋转行波激励作用下的动力响应,基于响应的收敛性验证了判定方法的可靠性。理论计算与有限元仿真结果表明,与圆柱壳体模态特性分析不同,在求解圆柱壳体动力响应时必须同时考虑正、余弦模态成分的影响;冲击激励作用下,圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激振点和观测点的位置相关;旋转行波激励作用下,圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激励的阶次和频率密切相关。     

基于声场空间分布特征的齿轮箱故障诊断研究

结合对近场声全息（NAH）与空间分布特征提取的研究,提出基于声场空间分布特征的齿轮箱故障诊断方法。鉴于齿轮箱运行状态与声场分布的对应关系,利用NAH算法重建声源附近声场,由所得声像图中提取反映声场分布特性的纹理特征,建立声场分布与各运行状态间内部联系,结合支持向量机模式分类实现故障诊断,获得满意的诊断结果,并通过实验证实该方法的有效性与优越性。     

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。     

模态数量对薄壁短圆柱壳振动响应分析的影响

采用振型叠加法研究薄壁短圆柱壳受谐波激励的振动响应分析时模态截断数量的影响,且考虑简支-简支、固支-固支和固支-自由三种约束条件。首先基于Love壳体理论建立薄壁短圆柱壳的动力学模型。然后,给出采用振型叠加法进行薄壁短圆柱壳受径向谐波激励时的振动响应求解方法。在三种不同约束条件下,计算采用不同模态截断数量时的稳态响应的振动幅值,对比其一致性,并与实测结果进行比较。结果表明,在这三种约束条件下计算受谐波激励薄壁短圆柱壳的振动响应,需要截取前8阶模态函数用于表征位移模式;模态数据超过8阶对响应计算的精度没有明显改善,实测振动响应结果与解析结果基本吻合。     

基于质点振速输入和Laplace变换的流动媒质中近场声全息技术

流动媒质中近场声全息技术(NAH)是一种能够实现流动媒质中声源识别和声场重建的先进技术。大多数流动媒质中NAH算法都是以声压作为输入量,但在测量声压时,传声器和媒质之间相互作用会产生气动背景噪声。得益于质点振速能够利用光学方法进行测量(例如LDV),以质点振速作为输入量的流动媒质中NAH具有一定的优势。然而,当以质点振速作为输入时,经典的基于空间Fourier变换的流动媒质中NAH算法存在奇异性问题,导致该方法具有不稳定性。鉴于此,本文提出了基于Laplace变换的流动媒质中NAH技术,在时间上利用Laplace变换代替Fourier变换,从理论上消除了奇异性,进而实现了基于质点振速输入时流动媒质中声场的精确重建。仿真结果表明,所提出的方法具有良好的声场重建效果。     

PSO_SA算法在水下结构激励力源识别中的应用

提出一种识别水下弹性结构内部激励力源的匹配场处理方法,建立基于辐射声场的广义拷贝场概念,并提出采用粒子群模拟退火融合搜索算法对最优力源强度进行匹配搜索。以水下自由声场中的单层圆柱壳体作为研究对象,对声压传递函数进行了数值计算,针对激励力源识别匹配场处理方法进行了数值仿真分析;在消声水池中进行了水下单层圆柱壳体结构振动与辐射声场测试,将测试结果与拷贝场进行匹配处理,搜索最优力源强度,并以该搜索结果进行了圆柱壳体辐射噪声预报。仿真结果与试验结果均表明,这种方法可以有效的针对结构内部的力源强度进行分析排序;同时,利用匹配识别的结果进行辐射噪声预报时,预报精度很高。     

两端剪力薄膜支撑圆柱壳体的点导纳特性

针对两端剪力薄膜支撑各向同性圆柱壳体的动力响应问题,基于多种经典薄壳理论及模态叠加原理,考虑到非径向振动惯性项的贡献,同时计入正余弦模态的响应,推导了圆柱壳体同时受简谐集中力与力矩激励下的力导纳、力矩导纳以及耦合导纳的完整解析表达式。算例表明,圆柱壳体运动方程中的非径向振动惯性项对各阶模态及导纳幅频的预估精度影响显著;耦合导纳实部具有可负性规律,对输入壳体的振动能量起着重要作用。旨在为两端剪力薄膜支撑圆柱壳体结构的减振降噪和以其为支承基础的主被动隔振系统的设计提供理论指导。     

近水面状态有限长圆柱壳振动特性分析

基于波传播方法和镜像法,建立了近水面状态圆柱壳-声场耦合模型,并采用数值方法求解耦合系统的特征方程,得到了近水面状态圆柱壳的模态频率。理论分析结果与现有实验测量结果及有限元仿真结果的良好吻合验证了本文理论方法的有效性。数值分析表明:自由液面的存在使得水下圆柱壳结构的模态频率较对应模态下理想全浸没状态结构的模态频率明显增大;随着潜深的增加,自由液面对水下圆柱壳模态频率的影响逐渐减小,当潜深大于4倍壳体半径时,自由液面的影响可以忽略。     

两端用圆板封口的环肋柱壳振动声辐射性能分析

研究两端用圆板封口的环肋圆柱壳结构在流场中的振动声辐射特性,着重分析了由环肋圆柱壳和端部圆板所围空腔的内部声场对整个系统结构振动和声辐射的影响.基于扩展的Rayleigh-Ritz法,利用Hamilton变分原理推导出圆柱壳与圆板的耦合振动方程.考虑了静水压力的影响,环肋圆柱壳与端部圆板之间采用二自由度弹簧模拟弹性连接的等效刚度.环肋圆柱壳声辐射的研究中,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,该表达式对有限长圆柱壳进行Fourier积分变换得到壳体外表面辐射声压的解;用Green函数法来求解环肋圆柱壳和端板所围空腔的内部压力场.     

噪声源识别的混合波叠加法及其数值仿真研究

提出了以混合波叠加法作为声场的全息变换算法,建立了基于混合波叠加法在声源识别中的理论模型。此法用相对少量的测点数据就可重建任意形状源表面的声场,克服了基于边界元法的声全息中的奇异值积分和解的非唯一性难题,数值仿真结果表明:它具有计算速度快、重建精度高、测量成本低和容易实施等优点,可以精确地识别和定位机械噪声源,在工程实践中具有广泛的应用前景。     

采用矢量阵测量的水中宽带近场声全息技术研究

基于声强测量的宽带声全息技术(BAH IM)是由近场声全息(NAH)领域脱颖而出的一项技术,它由全息面上互相垂直的两个切向声强分量计算出全息面上的复声压相位,得到全息面上复声压,再进行NAH处理。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,给出了该方法在柱体中运用的基本原理,利用所编制的程序进行了仿真验证,最后,采用矢量阵进行了水中近场声全息测量实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明柱面内BAH IM技术在水中柱形声源内辐射声场的重建噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

基于矢量阵测量的局部近场全息技术研究

统计最优近场声全息技术是通过全息面上测量声压的线性叠加来反演重建面上的声学量,可以从理论上克服基于傅氏变换的近场声全息技术的局限性。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,采用声压和质点振速测量来进行声全息计算,推导了基于振速测量的统计最优柱面近场声全息技术的重建公式。利用所编制的程序进行了仿真验证,最后设计矢量水听器进行水中全息实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明,该技术在水中柱形声源辐射声场的噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

局部近场声全息的仿真与实验研究

声场的局部测量不能满足基于快速傅里叶变换近场声全息理论推导的前提条件，所以该方法无法实现局部声场的精确重建。统计最优近场声全息在空间域直接实现声场的重建，避免由于使用快速傅里叶变换而产生的各种误差。结合不同的正则化方法，研究了统计最优近场声全息对局部声场的重建效果，分析了重建面边缘区域以及中心区域误差对总误差的贡献。仿真与实验结果表明：统计最优近场声全息可以实现局部声场的精确重建，重建面边缘区域的误差大于中心区域的误差；正则化技术方面，基于Engl误差最小化原则的正则化参数选择法，使得Tikhonov正则化方法更为实用。     

基于波叠加方法的水下声源辐射声场预报及实验研究

根据基于波叠加方法的声全息技术研究了水下声源的辐射声场预报问题,通过水听器阵列测得的复声压预报三维空间声场的声特性。数值仿真分析了一有限长圆柱壳模型在不同频率力激励作用下的声场预报精度,发现测量阵列尺寸与结构尺寸相近即可准确预测声场。水池和湖上实验分别对柱形换能器声源和加肋双层圆柱壳受激辐射声场进行了预测并和实测值进行了对比,结果表明该方法是一种稳健有效的声场预报方法。不同频率下,二者误差一般在3dB以内,能够满足工程需要。为实际水下大型结构的空间声场预报和降噪性能预估提供了工程参考。     

阻尼层对水下圆柱壳辐射声场的去耦特性影响

基于模态叠加法,采用Navier方程描述阻尼层,建立敷设粘弹性阻尼层的水下圆柱壳振动声辐射模型。与数值计算结果比对,验证了计算模型的可靠性。分析圆柱壳的径向均方振速和辐射声功率,研究了粘弹性阻尼层对水下圆柱壳辐射声场的去耦特性影响。结果表明,粘弹性阻尼层的径向均方振速频响曲线可以分作三个频段,当频率较高时,粘弹性阻尼层能降低辐射声功率;与壳体厚度相比,阻尼层厚度对阻尼层去耦特性的影响更大。     

基于近场声全息的故障诊断方法及系统实现

针对基于振动信号故障诊断存在的接触式测量弊端及传统声学故障诊断只反映部分声学信息问题,将近场声全息技术引入故障诊断克服该缺陷。基于LabVIEW平台开发出的非接触式机械故障诊断系统,利用近场声全息重建机械声源面附近声压场,得到可视化声源的声像图;从声像图中提取反映声场空间分布的灰度共生矩阵特征,结合支持向量机模式识别实现智能故障诊断。该系统具备智能诊断测试、声源可视化、数据分析等功能,操作方便,可用性强。通过对齿轮箱故障诊断,正确率达97.3%。与传统声学诊断方法的对比,证明该系统可靠、实用。     

基于混合波叠加法的声源识别理论与试验研究

波叠加法作为噪声源识别的一种技术，克服了基于边界元法的声全息中的奇异值积分和解的非唯一性难题，但在测量面上要求足够多的传声器数目以满足重建精度，这样导致测量成本高、工作耗时且也不利实际实施。针对波叠加法的此缺点，提出将波叠加法和HELS方法相结合的方法，此法是基于Helmholtz方程最小二乘法，用相对少量的测点数据获得包围源的最小球面上或之外的任意一假想球面上的声压数据，然后将这些数据作为输入，计算出辐射体内混合内域虚源强的强度值，通过解离散波叠加的方程，重建出在重建面上离散点的声压值。达到用相对少量的测点数据重建表面为任意形状的振源辐射声压的目的。数值仿真与试验结果表明：它具有计算速度快、重建精度高、测量成本低和容易实施等优点，可以精确地识别和定位机械噪声源，在工程实践中具有广泛的应用前景。     

《基于非先验基分析提高声场重建精度》

在近场声全息(NAH)测量中,需要用离散傅里叶变换（DFT）进行频谱分析。在非同步采样下,DFT频谱分析产生泄露误差,导致重建精度低。基于非先验基的分析方法通过搜索内积的最大峰值来选取基向量,能够减小强幅值信号的掩蔽效应。将非先验基分析方法引入声全息系统,用来分析全息面复声压信号,进而重构点声源的辐射声场。结果表明,该方法能够提高声场重建的精度。     

圆柱壳辐射声场重构的波叠加方法

将声全息技术应用到水下结构的声场重建问题中。通过理论推导和数值仿真,分析一两端带半球帽的圆柱壳模型在不同激励作用下声场的重建效果及影响重建精度的因素。考虑到实际应用,全息面分别采用柱形全息面和平行的双平面全息面。仿真结果表明,该方法是一种稳健的全波数空间声场重构技术;其重建精度受到等效源面参数、全息面参数及测量环境信噪比等多因素的影响;在含有测量噪声的条件下,应用Tikhonov结合L曲线的正则化方法仍可以较精确地重构声场;相比于其它方法,波叠加方法具有测点少,计算速度快等优点,有很好的应用前景。     

电流变夹层圆柱腔体的高频声振响应特性的实验研究

采用电流变流体(ERF)，结合工程实际中常见的隔声腔体结构，通过实验研究了高频声激励作用下含电流变材料夹层圆柱腔体的声振响应特性及其变化。结果表明：当外激励为高频信号时，电流变效应的影响仍相当明显，通过对电流变材料施加电场控制，可以对夹层壳形成的封闭腔体的结构振动进行有效的控制。所进行的声振实验结果显示，电流变效应对复合结构的振动在不同的频率段可产生抑制和放大的不同作用，说明在高频激励环境下，电流变复合结构仍具备较强的振动控制能力；同时，腔体外部的声压并未因电流变效应的作用发生明显改变，表明电流变效应对高频噪声没有明显的控制作用。