基于有限元法的管形振子声场特性研究

利用有限元分析软件ANSYS,对管形振子的振动模态及在清洗槽中的辐射声场进行数值计算分析,并用铝箔腐蚀的方法记录了管形振子的声场分布情况。结果表明基于线性理论的ANSYS软件能够较好地预测低强度的超声场;管形振子在清洗槽中的辐射声场在径向方向出现驻波,驻波沿管形振子的轴向间断出现,驻波数等于振子的半波长数,此外作耦合振动的管形振子和非耦合振动的振子相比其辐射的声场更均匀,表明这种新型辐射器有很好的应用前景。     

纵波及横波换能器在半无限固体介质中的辐射声场指向性

本文研究了圆形纵波及横波平面辐射器在半无限弹性固体介质中辐射声场的指向性，该指向性反映了半无限弹簧固体介质和辐射器有限尺寸对辐射声场的影响。用铝制的实验室模型分别测试了辐射声场的纵横波波形，实验结果与理论计算有较好的一致性。本文为固体换能器性能的测试提供了一种有效方法。     

共振速度下轨道交通槽形梁结构瞬态噪声分析

为了进一步研究不同列车速度下的桥梁结构噪声问题,基于有限元-瞬态边界元理论,针对轨道交通30 m简支槽形梁,分析在共振、消振速度下桥梁的振动响应及结构声辐射特性。首先,建立槽形梁振动辐射瞬态噪声的有限元/边界元模型;然后,对简支梁在移动列车荷载下诱发的振动进行分析,得到列车荷载通过桥梁时的共振和消振速度;最终,结合声辐射理论,采用瞬态边界元法研究分析不同列车速度引起的桥梁瞬态噪声声场特性。研究结果表明:列车速度的变化引起桥梁结构的位移幅值出现波动性变化;桥梁结构的振动加速度幅值随着速度的增大而不断增大;桥梁结构辐射噪声的变化趋势与结构的振动加速度变化趋势有一定的相关性;当列车以共振速度通过简支桥梁时,结构动力响应值及辐射噪声值有放大趋势,在附近出现峰值;列车共振速度对桥梁结构的远声场瞬态噪声影响效果较为显著;应有针对性地控制列车速度以改善桥梁结构噪声。     

气介式功率超声复合换能器的声辐射特性研究

本文对气介式功率超声复合换能器的辐射声场进行了理论计算并与实验结果进行了对比。该复合换能器由夹心式纵向振动半波长换能器及弯曲振动的薄圆盘组成。从理论上推出了弯曲振动辐射圆盘在不同边界条件下的辐射声场分布及其共振频率方程。理论分析结果表明,固定边界弯曲振动圆盘辐射声场的指向性最佳,并且指向性的理论计算结果与实验结果符合很好。     

应用三次B样条函数插值的边界元法计算结构振动声辐射问题

本文通过在边界元方法中采用三次Ｂ样条函数作为插值形函数，对结构振动声辐射的计算进行了研究。并以脉动球作为算例，对其辐射声场中的有关声场参数进行了计算。通过将计算结果与理论解进行比较，结果表明：即使在边界剖分比较粗的情况下，利用该方法计算结构振动声辐射问题在较宽的振动频率范围内，也能给出良好的计算精度。     

单台阶同心圆盘辐射声场的指向性计算

作为向空气中辐射的声辐射器,弯振阶梯薄盘或矩形板在工业上有很多应用。由于计算的复杂性,以前的文献对阶梯圆盘的声场指向性未作研究。利用点声源组合的方法（Rayleigh积分）,计算了边界自由的弯振阶梯圆盘辐射声场的指向性,与弯曲振动的圆盘相比,阶梯圆盘的声场指向性得到了明显改善,理论计算结果与Gallego的实际测试图案相吻合。计算为这类辐射器的高效应用、优化设计提供了理论依据。     

基于车桥耦合的高架槽形梁结构噪声影响分析

为了探讨列车通过轨道交通高架槽形梁时诱发的结构噪声,以某拟建30 m轨道交通槽形梁为研究对象,建立车桥耦合系统振动分析模型以及槽形梁结构声辐射有限元/边界元模型。采用多体动力学软件Simpack建立列车的空间动力学模型,采用有限元软件Ansys建立槽形梁有限元模型,基于Simpack和Ansys相结合的联合仿真方法,获取轮轨激振力。在计算列车荷载作用下槽形梁结构振动响应的基础上,采用有限元-间接边界元耦合声学分析法,探讨底板厚度以及腹板高度对槽形梁结构噪声的影响。研究结果表明:底板厚度的增加可以降低槽形梁梁体正下方的结构噪声,但并非越厚越好,底板厚度对结构远声场有一定程度的影响,但降噪效果不明显;腹板高度的变化使槽形梁结构噪声辐射衰减方向有所改变,桥梁腹板两侧噪声辐射衰减速度较快;桥梁底板正上方的结构辐射噪声最强区域有缩小趋势;分析结果可为轨道交通槽形梁结构减振降噪优化设计提供一定的理论参考依据。     

求解远场声辐射问题的一种快速边界元法

针对传统边界元法奇异性的固有缺陷,研究一种求解结构辐射声场的间接边界元法。通过在内域虚拟曲面上配置一系列单偶极子源,等效模拟结构外辐射声场,并根据单元体积速度匹配法的边界条件方案,给出数值计算辐射声场的间接边界元模型。结合球冠形辐射器的仿真算例,表明该间接边界元法在求解远场声特性时具有较高的计算效率和精度,为分析设计具有大空间指向性的辐射器提供参考。     

基于FEM和BEM法的大型立式齿轮箱振动噪声计算及测试分析

根据某大型立式行星传动齿轮箱的结构和安装特点,基于FEM法建立了该齿轮箱的和有限元模型,对其进行了振动模态分析,计算了其模态频率和稳态不平衡响应;基于BEM法建立了该齿轮箱的外声场边界元模型,导入了齿轮箱振动稳态不平衡响应结果作为声学边界条件,对辐射声场进行了数值计算和仿真分析。通过对齿轮箱进行现场振动和噪声测试分析,得到的测试结果与理论计算结果较为一致,表明了理论计算的可行性和准确性     

地铁齿轮箱振动与噪声计算分析

运用结构有限元法和声学有限元法，对地铁某型号齿轮箱振动与噪声问题进行计算分析。建立齿轮箱三维有限元模型，采用结构有限元法计算齿轮箱模态频率和振动响应。建立齿轮箱外声场三维有限元模型，导入齿轮箱振动响应结果作为声学边界条件，并采用无限有限元法计算了辐射声压级。     

矩形板辐射体弯曲振动的轴向声场计算

文章利用数值计算结合有限元方法,推导了一种计算自由边界条件下弯曲振动矩形板辐射体近远场轴向声压的方法。以算例中的矩形平板辐射体和阶梯矩形板辐射体为例,分别计算了其轴向声压并进一步进行了实测。最后,测试了声压与施加在激励换能器上的输入功率之间的关系。结果表明:在辐射体近场区域内,轴向声压随距离的增大有较大的起伏,近场多次出现声压极大值与极小值;在远场区域声压随距离的增加而缓慢衰减。输入功率不同时,辐射体轴向声压随距离变化的趋势相同,进一步说明所述计算方法的正确性。     

厚圆盘弯曲振动辐射声场指向性研究

厚盘辐射体机械强度高,横向尺寸小,在高频大功率声辐射条件被广泛应用。基于Mindin理论对厚圆盘的弯曲振动辐射声场特性进行了研究,推导出三种边界条件下厚圆盘辐射声场指向性的数值表达式,编制程序并研究其声辐射特性。结果表明,不同边界条件下的相同尺寸厚圆盘各阶指向性的尖锐程度不同,其中固定边界条件下辐射主声束角宽度最窄即指向性最尖锐,自由边界条件下主声束角宽度最宽,即指向性最不尖锐,简支边界条件次之;并且随着振动阶数和厚度的增加,各边界条件下厚圆盘的辐射声场主瓣指向性越来越尖锐,旁瓣逐渐增加,指向性变得越来越复杂。对同一频率、不同材料的厚盘,材料对其指向性的影响较小,但对同一尺寸、不同频率的厚盘,材料对其指向性的影响较大,研究结果对厚盘弯曲振动辐射体的应用提供了参考。     

基于Mindlin理论的厚阶梯圆盘弯曲振动特性研究

阶梯圆盘辐射体因其辐射面积大、辐射效率高等优点在大功率超声领域获得了广泛的应用。从声学应用角度,基于Mindlin理论推导了厚阶梯圆盘在自由、固定、简支边界条件下的频率方程,并分别对频率方程进行数值求解,结果表明计算得到的频率与有限元模拟及实验测试结果基本相符。该结论为厚盘的弯曲振动辐射器的设计提供了理论参考。     

散热器供暖和地板辐射供暖室内热环境PHOENICS模拟

利用PHOENIS软件对研究生宿舍散热器供暖和地板供暖进行了数值模拟,选用k-ε湍流模型求出房间的温度场和速度场,结果显示地板供暖在温度场分布、速度场分布及热舒适性方面均优于散热器供暖。地板供暖辐射温度在地板面有最大值;而散热器辐射温度在顶棚有最大值,辐射温度随高度增加而递增,垂直温差多达5℃左右。     

一种实用的超声振动监测器

通过对大功率超声波声场及普通电压表工作原理的分析，利用普通电压表表头作为监测器可以直观地监测超声波机械振幅的相对变化，而且后续处理电路简单，仪器输出与超声振幅的平方成正比，该监测器实用，简单，可靠。     

支座刚度对高铁箱梁结构声辐射影响分析

随着箱梁结构在高速铁路中的广泛应用,其引起的结构振动和噪声问题日益受到关注。本文以京沪高速铁路32m简支箱梁为研究对象,首先建立高架轨道箱梁结构声学计算模型,该模型利用一1/10缩尺模型的仿真与实测结果验证,再通过建立高速列车-轨道耦合动力学模型计算作用箱梁结构上的作用力,并以此作为荷载边界条件施加于箱梁有限元模型上,计算箱梁结构的振动响应。最后,将箱梁结构振动响应作为声学边界条件,采用间接边界元法分析支座刚度对箱梁结构声辐射衰减规律的影响。研究结果表明：在3种不同刚度支座条件下,梁体声功率辐射影响主要集中在1～48Hz,支座刚度越大,声功率辐射值及峰值越小。箱梁最大声压级主要集中在1～20Hz;各场点声压级变化与声功率变化趋势较为接近;三种支座在相同场点的声压级变化趋势较为接近,但支座刚度越大,声压级越小;在同一场点,支座刚度越大,声压级峰值越小。在48～100Hz内,支座刚度值对梁体的声功率辐射及场点声压级大小影响不大。     

电容式微加工超声传感器(cMUT)的结构设计及仿真

与传统的压电传感器相比，电容式微加工超声传感器(cMUT)性能优良，有着广泛的应用前景．为此．介绍了cMUT的基本结构和工作原理，并提出了一种新型结构．利用有限元分析软件ANSYS对这种结构进行模态分析．得到其共振频率和一阶振动图；利用ANSYS的耦合场分析模块和参数化设计语言(APDL)，对结构进行力电耦合仿真，获得其直流偏压和作为发射器时所需的交流电压值．分析结果表明，所设计的结构符合设计要求．     

薄板结构辐射声功率及其灵敏度分析

联合利用有限元方法和声辐射模态方法求解薄板结构辐射的声功率,并分析结构辐射声功率关于设计变量的灵敏度。在结构振动环节,利用有限元方法对结构进行动力响应分析得到表面振速;在声辐射环节,采用声辐射模态展开获得振动表面辐射的声场信息。以加筋板结构为例,计算结构振动辐射的声功率及其关于设计变量的灵敏度。结果表明,当激励频率远离结构振动固有频率时,加筋可以降低结构辐射的声功率;而当加筋使结构固有频率接近激励频率时,加筋甚至产生负面影响,此时通过加筋降低结构辐射声功率是没有意义的。     

用二维等效电路模型研究大截面圆柱变幅杆的振动

由振动方程的近似解得到了具有大尺寸比的圆柱变幅杆的二维等效电路,用于带外载或不带外载的圆柱轴对称振动分析,以及尺寸比变化引起的频率变化评价。与有限元及一维模型进行了对比。发现该模型计算频率比一维模型更准确,与有限元模态分析相一致。进而由此确定了这些频率所对应的振动模态。计算发现轴向和周向水负载对应的圆柱振动频率接近,可用于超声变幅杆的优化。