基于格林函数法的封闭声腔的结构-声耦合分析

以封闭声腔为模型，在考虑流固耦合作用的基础上，结合流体格林函数和Helmholtz方程及其边界条件，导出了各阶声压模态对应的声压振幅响应公式；结合结构格林函数和板的振动方程及其边界条件，导出了各阶板模态对应的速度振幅响应公式。这两个公式物理意义明确，易于转化为矩阵形式直接进行数值仿真，可应用于任意几何形状的封闭声腔，为进一步研究封闭声腔的结构-声耦合问题提供了必要的理论基础。数值仿真部分首先对声压振幅和速度振幅的积分形式作了矩阵化。然后以长方体封闭声腔为模型，结合有限元法计算声压模态和弹性板的振动模态，合成耦合系数，并最终合成弹性板与声腔耦合作用下的的声压响应和弹性板的速度响应；将数值仿真结果与解析结果以及前人的试验结果进行比较，验证了本文在理论分析和数值仿真方面的正确性。最后将该方法应用于一个非规则封闭声腔模型，得到了结构-声耦合作用下的系统响应。     

非规则封闭声腔在PVDF压电薄膜激励下的响应分析

在噪声主动控制领域,尽管PVDF压电薄膜相对于压电陶瓷而言应变压电常数以及扬氏弹性模量都较小,很少作为作动器使用,但由于它具有良好的柔韧性,能够大面积地覆盖在结构表面,产生大范围的分布应力,能承受较压电陶瓷大得多的电压,因此是一种很有潜力的作动器.为了分析PVDF压电薄膜对于非规则封闭声腔内部声压的控制机理,本文研究弹性边界上有一对压电薄膜作动器激励的非规则封闭声腔响应特性.文中首先以弹性边界的振动方程以及经典波动方程为基础,描述了结构-声之间的耦合作用;然后结合压电薄膜本构方程和弹性边界振动方程,给出了机电耦合的描述.结合这两种描述,本文给出了整个系统在输入交变电场的作用下,如何通过压电薄膜对结构的作用将激励传递到内部声场的理论分析,并且给出了仿真结果.     

飞机机翼油箱晃振仿真与全尺寸试验验证

飞机飞行过程中,机翼油箱受晃振激励易发生结构破坏,造成经济损失和人员伤亡,因此,飞机适航审定有必要合理评估机翼油箱晃振响应。现行飞机适航审定基于全尺寸试验,经济代价高且费时;数值分析多考虑规则油箱开展趋势影响研究,无法有效反映非规则油箱的晃振响应。该文以某全复合材料机翼油箱为研究对象,基于VOF法和模态叠加法描述非规则油箱液体晃动和结构振动,考虑流固耦合和晃振解耦获取油箱壁面应变信息,采用最大应变准则进行机翼油箱复合材料壁面结构失效分析,开展机翼油箱全尺寸晃振试验验证数值仿真的有效性。该文给出油箱壁面应变幅值和分布随油箱载液量、晃动幅值与频率、振动幅值与频率变化的时域响应,指出晃动破坏多发生于油箱下蒙皮近翼梢侧,振动破坏多出现在油箱下蒙皮近翼根处,晃振响应由振动因素主导。该文验证了数值仿真代替全尺寸试验的可行性,并基于数值仿真和物理实验研究油箱壁面应变水平和载液量、晃动和振动激励的非线性关系,为飞机适航审定提供有效指导性意见。     

基于能量原理的隔震结构地震响应预测法研究

建立地震作用下隔震结构在最大地震响应时刻的能量平衡方程,给出隔震结构隔震层和非隔震层的弹性振动能、塑性能的表达式,推导出基于能量平衡的隔震结构地震响应预测式。以顶部隔震、层间隔震、基础隔震结构为仿真对象,利用时程分析法的数值解验证了地震响应预测式的准确性,比较研究了三种隔震结构的抗震性能。结果表明：对于不同的输入地震波...     

混凝土泵车臂架系统振动机理的研究

结合悬臂输液管流固耦合理论,建立泵车臂架结构与混凝土的流固耦合动力学方程,从流固耦合的角度分析混凝土泵车臂架振动问题。通过试验测试获得混凝土脉动流速图以及仿真边界条件。采用Newmark-β法求解动力学方程,仿真分析了混凝土流动为脉动和常速流时臂架振动响应,发现振动位移响应基本吻合,说明脉动流速对臂架结构应力历程影响较小;仿真分析转台振动为零振动时,混凝土脉动和常速流时臂架振动响应,发现泵送油缸导致的车体振动激扰是臂架振动的主要因素,在臂架系统振动研究时应重点考虑。     

基于FE-SEA混合方法的声腔内部噪声预测

对二子系统的互易关系进行了阐述,给出了混合FE-SEA的系统方程。通过数值仿真,建立了声腔-平板-声腔系统的FE-SEA混合模型,同时建立了声腔-平板-声腔系统的SEA模型,对声腔模态密度、SEA模型中声腔与板的耦合损耗因子进行了计算,同时计算了FE板与SE板的辐射效率,并对2个模型进行了响应计算,分析了误差产生的原因,并将FE-SEA模型与SEA模型计算结果进行了对比,对比结果表明,二者在中高频段具有较好的一致性。同时还建立了声腔-轿车后风挡玻璃-声腔系统的FE-SEA混合模型,以及该系统的SEA模型,通过试验对内侧声腔激励进行了测量,计算了FE-SEA模型与SEA模型外侧声腔的响应声压级,并与试验结果进行了对比,对比结果表明,在中高频段FE-SEA模型与SEA模型的预测结果相吻合,且FE-SEA模型与试验结果有着较好的一致性。     

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。     

基于FEM-MODENA的加筋板声-固耦合分析

模态能量分析(MODENA)是近年发展的研究声-固耦合问题的新方法。结合有限元法(FEM),形成基于FEM-MODENA的适用于复杂结构的声-固耦合动响应分析方法。以规则的平板-长方体声腔耦合系统为研究对象验证FEM-MODENA方法的准确性和有效性,然后将该方法应用于复杂加筋板-声腔耦合系统的动响应分析中。结果表明:FEM-MODENA对复杂声-固耦合系统的振动能量响应预示具有较好的精度,是一种可靠的动响应分析手段;对于系统在局部分析频段内的振动响应预示,FEM-MODENA仍可给出较为精确的结果。     

基于波函数法的自由阻尼薄板与声学耦合响应

对敷设自由阻尼薄板振动响应进行了分析,以复刚度为基础得到了在Kirchhoff理论下复合薄板振动控制方程。基于波函数法理论,推导了自由阻尼薄板振动分析模型以及包含自由阻尼结构与声腔的三维耦合模型的建模方法;以四边固支自由阻尼矩形板及耦合的结构声学系统为例,分别以波函数法与有限元法计算了其50~500 Hz频段内的结构与声学响应。结果表明:波函数法能有效的应用于添加自由阻尼的薄板振动以及结构声耦合系统响应的预测与分析;相比于有限元法,其高精度、高收敛率的特点使波函数能有效解决更高频率的声振问题。     

非对称转子-轴承-基础系统的非线性振动

对柔性轴两端支承在滑动轴承上的转子，考虑非对称圆盘的陀螺力矩和弹性基础的振动，使用圆短轴承的非稳态非线性油膜力模型，建立了10自由度的转子-轴承-基础系统运动方程，并通过数值方法计算系统稳态响应，分析了系统的非线性振动形式以及弹性基础的振幅调制对转子振动的影响。     

复杂封闭空间有源消声系统的建模新方法

针对具有两个弹性板的复杂封闭空间的有源消声系统。提出了一种新的建模方法。计算机仿真与实验结果验证了这一方法的正确性。该方法拓宽了利用结构声辐射进行有源消声的范围，可适用于任意形状的封闭空间。     

封闭弹性长方体与柱状体连接结构的辐射声场分析

建立了以机械方式连接的封闭弹性长方体与弹性圆柱体的外辐射声场模型。通过在弹性板和壳的四周以及两弹性结构连接点之间施加假想的弹簧系统模拟不同的边界条件和连接条件,利用汉密尔顿函数和瑞利-李兹方法,推导出了腔体外辐射声场的解析解。该模型充分考虑了弹性结构之间的振动耦合以及弹性结构与腔体内声场之间的耦合。通过算例表明,弹性结构的辐射声场主要由其中的直接受力件的辐射声场所决定;弹性结构连接点处线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧大。同时,运用有限元法计算两个腔体内的声模态和弹性结构的振动模态,及其耦合系数,结合边界元法计算出腔体外的声压响应,并将此数值仿真结果与前面导出的解析结果进行比较,验证理论推导的正确性。     

板结构-声场耦合分析的有限元-径向插值/有限元法

为提高板结构-声场耦合分析的计算精度,将有限元-径向点插值法(Finite Element-Radial Point Interpolation,FE-RPIM)推广到板结构-声场耦合问题的结构域分析中,推导了FE-RPIM/FEM法分析板结构-声场耦合问题的计算公式。板结构-声场耦合分析的FE-RPIM/FEM法在流体域中采用标准的有限元插值函数;在结构域中采用有限元-径向点插值法,其形函数由等参单元形函数和径向点插值函数相结合构成,继承了有限元法的单元兼容性和径向点插值法的Kronecker性质,提高了插值精度。以六面体声场-结构耦合模型为研究对象进行分析,结果表明,与板结构-声场耦合问题分析的有限元/有限元法(Finite element method/Finite element method, FEM/FEM)和光滑有限元/有限元法(Smoothed Finite Element Method/Finite Element Method, SFEM/FEM)相比,FE-RPIM/FEM在分析板结构-声场耦合问题时具有更高的精度。     

复合环境激励下的声振耦合分析

基于有限元和边界元理论,建立了仪器舱典型结构的耦合模型,分析了声振耦合对结构响应的影响。当典型结构经受随机振动+混响声场复合环境激励时,采用随机分析的原理,用谱分析的分析方法定性的分析结构的动力响应情况,推导了节点响应谱密度的计算公式,解决了Sysnoise软件同时对声振复合环境进行数值模拟的问题。仿真结果表明：声振耦合影响结构的响应,且在各频率上影响程度不同,在低频时较弱,相当于附加阻尼的效果,随着频率的升高,耦合程度随之加强,改变了结构的响应分布;对声振复合环境数值模拟,在低频部分,随机振动激起的响应占主要部分,随着频率的升高,混响声场激起的响应占主要部分,混响声场激起的模态数也要多于随机振动激起来的。     

充液挠性航天器俯仰运动分岔特性初步研究

该文考虑了带弹性帆板与液体燃料的航天器做俯仰运动时刚-液-弹之间的相互耦合作用,采用已推导的刚-液-弹耦合系统非线性动力学方程组,应用多尺度法解析分析耦合系统的液体一阶主共振,利用奇异性理论对分岔方程进行分析,得到多种分岔模式,随后根据该文研究的耦合系统物理系数范围,确定只存在滞后点分岔,表现为幅频曲线软、硬特性的转换现象。     

土体冻融过程中水、热、力三场耦合本构问题及数值分析

根据传热学、渗流理论及冻土力学提出了带相变的温度场、水分场和应力场耦合问题的数学力学模型及其控制方程。利用自行开发的程序进行数值模拟,加入我们推出的本构关系和所建立的数学力学模型,通过对冻土路基水分场、温度场、应力场三场的数值计算结果分析,得到了准确、详尽的符合实际的温度场与应力场、位移场、应变场耦合的计算结果。     

压电复合材料层板弱界面力-电-热多场耦合研究

压电复合材料层合结构界面缺陷的物理描述呈现出多场耦合现象。界面弹性场由位移跃变与横向应力的关系来描述;界面温度场由温度跃变与横向位移跃变的经验公式来描述;界面电场分别由电可导通假设、电不可导通假设和电半可导通假设来描述,获取了界面位移、温度和电势跃变的线性表达。基于这些界面假设,得到了柱面弯曲简支压电复合材料层板的力-电-热多场耦合解。算例表明,不同的界面电学假设对弹性场的影响有限,对电场的影响显著,其中电不可导通假设在各种载荷下均产生最大的界面电势跃变。算例提供的数值结果可作为后续研究比较之用。     

Modeling and Analysis of a Long Thin Conducting Stripline

A long thin conducting stripline embedded in a dielectric and centered between two large conducting plates, i.e., the stripline environment, is considered. The stripline is modeled as infinitely long, infinitely thin, and perfectly conducting by first considering a stripline of finite length, thickness, and conductivity in a dielectric layer. Starting from Maxwell's equations and assuming that the current on the stripline is a propagating wave in length direction, asymptotic expressions for the fields inside and in the neighbourhood of the stripline are deduced. These expressions are used to model the stripline in the stripline environment, which leads to a boundary-value problem for the electric potential. This problem is solved by two different approaches, leading to integral equations for the current and for an auxiliary function describing the electric potential. A relation between the current and the auxiliary function is deduced, which is used to obtain asymptotic expressions for current and impedance. Results are compared with a numerical solution of the integral equation for the current and with results in literature.     

结构声腔耦合系统的频率耦合机理探讨

给出结构和声腔耦合系统的振型耦合特点,选择几阶典型结构声腔模态,计算分析耦合系统固有频率的分布特性;分析论证耦合系统固有频率的主导特性判断准则;基于该准则深入分析耦合系统固有频率的主导特性,从而揭示结构声腔的频率耦合机理。     

非平整桥面引起大跨斜拉桥车桥耦合振动响应研究

由于桥梁上的车辆荷载是一个带有质量的振动系统，从而使得桥梁在该荷载作用下的动力响应问题比一般结构动力系统的响应问题更复杂。通过建立车桥耦合单元，形成汽车桥梁整体系统的动力学方程。以一座大跨斜拉桥为例，研究了由于桥面不平整，汽车以各种速度通过桥梁时斜拉桥的动力响应。