降低四边固支矩形板声辐射的方法和实验验证

由结构振动引起的辐射声是生活中广泛存在的噪声,而声辐射效率是评价结构声辐射能力的重要指标,根据声辐射相关理论推导四边固支矩形薄板的声辐射效率计算公式,通过合理选择振型基函数编程求解结构模态的声辐射效率,指出抑制奇-奇模态的振幅可以有效降低平板声辐射。最后通过对固支矩形平板的振动模态测试和隔声能力测试验证了奇-奇模态是声辐射主导模态的结论。     

Mindlin矩形板振动与声辐射研究

为了研究共振频率下不同激励力作用位置对板结构表面振速分布、外场声压分布、均方振速、辐射声功率和声辐射效率等声辐射特性参数的影响,首先建立简支边界条件下Mindlin矩形板的振动控制方程,然后利用模态叠加法以及Rayleigh积分法计算矩形板的声辐射特性参数。结果表明激励力作用在模态振型波峰或波谷位置时的声辐射特性参数要高于其它位置。研究结果可以为结构声主动控制提供一定的理论依据。     

简支矩形板在空气与水中声辐射特性比较

研究比较简支矩形板在空气中与水中声辐射特性参数,分别建立结构在空气中与水中结构振动方程,并利用Rayleigh积分公式,表示结构表面声压,获得结构表面振速的求解方程。进一步由振动模态正交性和坐标变换,将声辐射阻抗化为二重积分形式,从而确定结构振动模态系数,获得结构声辐射特性参数。求取简支矩形薄板在空气中和水中辐射声功率、均方振速和声辐射效率,并对其进行对比。研究结果可为各类板结构振动与噪声控制提供理论参考。     

对声辐射模态的讨论

提出利用声辐射模态结合结构模态研究声辐射问题,并且从物理和数学意义上对声辐射模型进行了解释。用声辐射模态研究外部声辐射的主要优点在于消除了结构模态中复杂的耦合项。本文以简支矩形板为例,通过瑞利积分公式计算了其在不同频率下的辐射效率,并比较了在结构模态下和声辐射模态下辐射效率的区别。     

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。     

圆板轴对称弯曲振动的模态声辐射效率

采用将声强对辐射面积分的方法获得轴对称弯曲振动圆板在固定、简支及自由边界条件下的模态辐射声功率,进而获得其模态声辐射效率.采用高斯-勒让德数值积分法计算出固定、简支及自由边界条件下圆板的模态声辐射效率的数值解,并将同阶模态三种不同边界条件下的圆板声辐射效率进行了对比.结果表明:(1)圆板的模态声辐射效率在全频段内大体呈...     

水介质对多种边界条件方板振动频率及辐射效率的影响

本提出了一种简便计算置于无限大障板上的方板水中振动频率以及辐射效率的计算方法。在假定流体不可压、方板作小振幅振动、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方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方板的特征频率，进而计算了方板的模态辐射效率。方法的有效性通过方板的无量纲附加虚质量增量与献[11]结果对比的一致性来验证。     

水中板声辐射的声功率模态分析

由于水中结构的振动声辐射要考虑流体加载效应,因此水中结构声辐射的模态分析也与空气中的有所不同。基于辐射声功率的二次型表达式,采用有限元和Rayleigh积分耦合方法,对板结构的水下声功率模态进行了计算分析研究,通过辐射效率、模态振型和辐射声功率等探讨了其特点。结果表明以激励力为变量、考虑了结构阻抗的水下声功率模态具有各阶模态声辐射独立、低频时前几阶模态(特别是第1阶模态)的声辐射占主导地位、模态辐射效率峰值和模态振型物理意义清楚等特点,在水下结构振动声辐射的分析和控制方面有一定实用价值。     

实验测量声辐射模态

通过实验方法测量得到振动结构的声辐射模态及其辐射效率。首先通过辐射算子分析任意结构的声辐射模态,然后根据互换原理,在远场布置声源,通过测量结构表面声压,得到辐射算子。最后以一平面玻璃板为例进行实验研究,通过互换方法测量了前5阶声辐射模态和对应的辐射效率。实验结果表明通过互换方法测量声辐射模态是可行的。     

加筋矩形薄板的平均声辐射效率

采取工程等效的方法研究了四边简支矩形加筋薄板的振动与声辐射,推导了点力激励下的平均辐射效率计算公式,并进行了数值仿真和实验验证。理论分析与实验的一致性表明:四边简支情况下矩形加筋薄板与匀质矩形薄板和圆薄板的平均辐射效率公式相似,可以采用模态辐射效率加权平均的方法等效。在中高频段,纵横双向加筋薄板的平均声辐射效率最高,单向加筋薄板次之,匀质平薄板最低;而在低频段及临界频率以上,三种结构平均声辐射效率相差不大。     

复杂隔振结构激励下弹性基础振动及声辐射分析

针对隔振结构-弹性基础耦合结构向外声辐射问题,本文采用刚体理论及改进的傅里叶级数方法建立以任意边界弹性板为基础的双层隔振耦合结构数学模型。采用瑞利-里兹方法得到整个耦合结构的强迫振动响应,继而通过提取表面振速分布计算基础弹性板向外的辐射声功率。结合隔振结构的布置情况,以隔振器安装点的振动作为表征,探讨了耦合结构振动模态与基础板声辐射模态之间的耦合对应关系。最后计算并分析了基础边界条件对基础板向外辐射声功率的影响。     

湍流边界层激励下加筋平板振声响应特性研究

船舶、汽车和飞机等高速运动时,其外壳受湍流边界层壁面脉动压力激励而产生的内场声辐射成为该类交通工具自噪声的重要成分。基于模态叠加法计算结构振动响应。采用湍流壁面脉动压力功率谱Corcos模型,计算了外侧气流或水流湍流边界层激励下简支平板振动及内场辐射声,计算值与解析解和试验值吻合良好,验证了算法的有效性。采用湍流壁面脉动压力功率谱改进型Corcos模型,研究了外侧水流湍流边界层激励下平板及板格的振声响应特性,结果表明:水流马赫数低,壁面脉动压力迁移波数大于平板结构弯曲波数,壁面脉动压力波数-频率谱的迁移脊对平板的激励作用可以忽略;横向或纵向加筋对板格振动速度自功率谱级基本无影响;减小板格宽度与长度之比,适当增大板格流向长度可使平板振动辐射声功率在2 000 Hz以上明显降低。     

振动板辐射噪声的结构主动控制

以平板为例，在时域里建立结构一声辐射模型，采用时域瑞利积分构造辐射算子，给出时域声辐射模态的计算公式；研究表明这些辐射模态能独立的辐射声功率，因此可实现对某一阶辐射模态进行单独控制而不影响其它各阶；并且时域辐射模态的一个重要特点是振动结构辐射的声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定，在此基础上运用状态空间法进行平板结构辐射噪声的结构主动控制研究，并通过数值计算对控制效果进行了验证。     

结构在浅水中的振动和声辐射特性研究

建立了浅水域声学边界元方程和相应的有限元／边界元流固耦合振动方程，探讨了水深对结构振动固有频率、振动响应和声辐射的影响。研究结果表明：水深变化对结构固有频率有影响，随着水深减小，结构固有频率降低，特别是当水深与结构浸深接近时，各阶固有频率大大降低，且振型顺序也可能发生变化；水深变化对结构振动响应和声辐射均有影响，其中对声辐射特性的影响较为复杂，即使水深超过结构浸深的10倍，水深变化也会影响到结构的声辐射功率级。     

正交直墙前直立圆柱振荡问题的研究

应用镜像原理，将正交直墙前单个圆柱在静水中的振荡问题，转化为4个对称布置圆柱在静水中的振荡问题，由此应用速度势的特征函数展开法，建立了正交直墙前直立圆柱振荡问题的解析解。通过数值计算研究了圆柱与正交直墙间距离大小、水深等因素对附加质量和辐射阻尼的影响。计算结果表明，正交直墙前圆柱上的附加质量和辐射阻尼将明显增大，且随着波数的变化而发生振荡；不同水深中圆柱的附加质量和辐射阻尼在低频区与水深成线性关系。     

对两相材料薄板声功率及其灵敏度研究

采用有限元与声辐射模态相结合方法研究两相材料薄板声辐射声功率,并分析结构声功率关于设计参数的灵敏度。应用有限元方法来处理结构的振动环节,将位移向量用振型的线性组合表示,用振型叠加法求解模态坐标得到位移向量从而求出结构的速度分布;在声辐射环节,采用声辐射模态展开从而求得声功率。将薄板声功率对设计参数求偏导,得到声功率灵敏度。以四边简支两相材料薄板为例,着重对声功率关于板密度和厚度的灵敏度进行了研究。