夹层结构声振耦合分析方法

为了研究夹层结构的声振耦合特性,提出了夹层声场的声波导模态展开方法,在此基础上发展了声波导模态展开方法的弱耦合形式,波导边界分别研究了绝对软边界和绝对硬边界两种形式,与结构模态展开方法和声腔模态展开方法及其弱耦合形式作对比,分析了声模态和声波导模态阶数对传声损失计算精度的影响,研究了不同夹层边界条件下夹层结构的声振耦合特性和夹层声场声压的分布情况。计算表明,需要的声波导模态阶数和声腔模态阶数由计算频率段的最高频率决定,最高频率越大,需要的声波导模态阶数和声腔模态阶数也越多;夹层结构的声振耦合特性是结构振动模态和声腔模态综合作用的结果,"梁-空气-梁"共振、驻波共振以及结构共振都会使得结构的隔声性能下降;夹层边界对结构的声振耦合特型有显著的影响;不同的夹层声场处理方法对于相同的物理现象得到的夹层声场分布不完全相同,从声场分布的特点可以反映所发生物理现象的机理。     

声振耦合声场分析与结构隔振降噪

以实测某鼓风机组管路振动载荷为激励源,应用ANSYS有限元软件和Virtual Lab声场模拟软件模拟楼板振动所产生的室内声场和声场在不同频率下的声振强弱耦合状态。模拟结果表明,声场在400 Hz以下的区域声振耦合不明显,400 Hz以上存在声振强耦合现象,声振强耦合模型的模拟结果与实测结果比较吻合。通过分析载荷谱和噪声频谱的频带特性,选用常见的阻尼隔振器和中间小质量块组成二级隔振系统,计算系统的振动传递系数,达到理想的隔振降噪效果。     

流体激励下泵喷推进器声振耦合响应数值分析

泵喷推进器由导管、转子和定子组成,它具有推进效率高的优势,但其在流体的作用下也易产生剧烈的结构振动并辐射噪声,削弱水下舰船的声隐身性能。为了解流体激励下泵喷推进器的动态特性,首先通过基于大涡模拟的计算流体力学(CFD)仿真计算,得到推进器的非稳态流场,提取泵喷推进器关键结构表面的脉动压力,并将此流体载荷作为推进器声振耦合分析的激励源;然后,建立泵喷推进器水下结构声振耦合系统的有限元/边界元模型,分析流体激励下结构的振动位移响应和辐射声场分布;最后,讨论不同进速系数对于泵喷推进器水动力性能和声振耦合响应的影响。仿真分析的结果可以为典型结构泵喷推进器的减振降噪设计提供一定的依据。     

利用FEM/IBEM计算流体介质中的壳体的结构声耦合问题

利用有限元和间接边界元的声振耦合方程同时计算结构表面的振动和相应的辐射声场，将结构的物理坐标转化成模态基本量来表示，对完全耦合的结构动力学方程及声场方程进行解耦，对浸汉于两种流体介质中的椭圆球壳体的数值计算结果表明，流体介质改变了结构的共振特性及声辐射特性。本文的数值方法可用于任意复杂结构在流体介质中的振动和声分析。     

基于CFD/CSD耦合的声气动弹性时域仿真

传统的声振环境,只考虑了给定声场环境下的结构响应分析,这个给定的声场孤立于结构本身,忽略了声场、结构、流体的耦合效应,因此声气动弹性耦合这种多力学场的研究具有重要意义.基于此,提出了一种基于CFD/CSD 耦合的声气动弹性数值仿真策略,相比传统的声振环境预示方法,该方法考虑了声载荷(脉动压力场)与结构的耦合关系.该文首先采用有限体积法离散Euler方程,对二维的NACA0012 翼型进行求解,来验证非定常气动力的准确性.然后通过CFD/CSD 耦合计算三维AGARD445.6 机翼的非定常气动力,在时域内推进结构运动方程,得到弹性响应的结构历程,记录每一时刻的气动载荷,并运用声气动弹性分析的思想对机翼表面的声压级进行计算,证实了声气动弹性分析方法的可行性.     

热声载荷作用下金属薄壁结构的振动响应与试验验证EI北大核心CSCD

针对航空航天薄壁结构在热声载荷作用下的非线性振动响应问题,基于声振耦合理论,采用耦合的有限元/边界元法对四边固支高温合金矩形薄壁结构进行了动力学响应计算。重点研究了薄壁结构在行波加载与扩散场加载条件下的振动应力/应变响应规律,讨论了温升对结构振动响应的影响规律,分析了薄壁结构热屈曲(Thermal-buckling)和跳变(Snap-through)响应特性。通过将薄壁结构在不同温度条件下的振动模态以及动态应变响应的仿真结果与热环境下的声激振试验结果进行对比,表明计算的基频量值及随温度的变化关系与试验结果获得较好的一致性,计算的应变响应与试验测试结果量值相当,验证了热声响应计算方法与模型的有效性。该研究提出的金属薄壁结构在热声载荷作用下的非线性振动响应计算方法及分析结论对进一步开展热声疲劳寿命预测及动强度设计提供依据。     

热声载荷作用下金属薄壁结构的振动响应与试验验证

针对航空航天薄壁结构在热声载荷作用下的非线性振动响应问题,基于声振耦合理论,采用耦合的有限元/边界元法对四边固支高温合金矩形薄壁结构进行了动力学响应计算。重点研究了薄壁结构在行波加载与扩散场加载条件下的振动应力/应变响应规律,讨论了温升对结构振动响应的影响规律,分析了薄壁结构热屈曲(Thermal-buckling)和跳变(Snap-through)响应特性。通过将薄壁结构在不同温度条件下的振动模态以及动态应变响应的仿真结果与热环境下的声激振试验结果进行对比,表明计算的基频量值及随温度的变化关系与试验结果获得较好的一致性,计算的应变响应与试验测试结果量值相当,验证了热声响应计算方法与模型的有效性。该研究提出的金属薄壁结构在热声载荷作用下的非线性振动响应计算方法及分析结论对进一步开展热声疲劳寿命预测及动强度设计提供依据。     

声振系统中高频能量流分析法研究进展

能量流分析法是预测声振系统中高频动力响应的一种有效手段,该方法引入的假设条件较少,并可基于声振系统的几何模型计算随空间变化的稳态动力响应,应用上具有很大的优点。本文首先回顾了不同结构件（包括杆、梁、板及复合结构）各种波场的能量微分方程及其理论基础的发展过程,然后,针对不同类型的声振系统耦合形式,包括结构/结构耦合,结构/流体耦合及其它耦合情况,说明了基于能量流分析的耦合问题处理方法的发展,最后,说明了计算随机激励下声振系统响应的随机能量流分析法的相关研究,以及其与经典统计能量分析法间理论关系研究的进展情况。     

球磨机旋转简体的声振耦合特性分析

球磨机噪声主要来源于旋转简体的振动。为减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元方法,对旋转简体的声、振特性进行分析,阐明筒体的结构振动模态特性,结构声模态特性及其声振耦合的关系,并找出对筒体噪声辐射效率贡献量较大的几阶结构模态。该分析结论对球磨机噪声机理的研究、有存储作用。     

球磨机旋转筒体的声振耦合特性分析

球磨机噪声主要来源于旋转简体的振动。为减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元方法,对旋转简体的声、振特性进行分析,阐明筒体的结构振动模态特性,结构声模态特性及其声振耦合的关系,并找出对筒体噪声辐射效率贡献量较大的几阶结构模态。该分析结论对球磨机噪声机理的研究、有存储作用。     

柱式负荷传感器的摆动支承振动分析

动态称重条件下,柱式负荷传感器的支承方式可分为弹性支承和摆动支承。动态称重时,摆动支承的称重系统表现出显著的振动特性,影响称重准确度和负荷传感器的疲劳寿命。针对摆动支承柱式负荷传感器,分析其运动特性得出摆动支承的稳定性条件,得到摆动支承下回复力与摆动角及施加的竖向力近似成正比的关系。利用达朗贝尔原理建立柱式负荷传感器摆动支承振动的动力学控制方程,分别对其自由状态和动态称重状态的动力学响应进行数值计算,得出支承振动振幅和回复时间的影响因素,为动态称重准确度的分析提供参考,同时也可作为称重系统减振的设计依据。     

基于PARAFAC分析和SVM离心泵故障诊断方法

在多尺度平行因子分析理论的基础上,将原始信号经过多尺度小波分解得到三维时频信号,再经平行因子分析得到通道加载因子、时间加载因子和频率加载因子,通过实验分析,后二者可以明显地表征设备正常或故障状态,利用这一特征建立不同状态的离心泵与其对应的时间加载因子和频率加载因子的映射关系,并以此作为改进粒子群算法优化后的支持向量机分类器的特征向量进行故障分类。与小波包能量特征相比,所提的这种诊断方法用于离心泵故障诊断时提取特征更为简便,所提分类器的分类准确率有显著提高,而其复杂度却没有明显增加。     

模态振动对噪声贡献预测及控制

建立某船用增速箱的结构有限元模型和声固耦合边界元模型。对结构有限元模型进行结构模态分析;运用边界元法对增速箱声固耦合模型进行求解。通过计算仿真分析该模型噪声在特定频域中的分布情况。基于结构模态贡献度方法对增速箱的主要噪声源进行识别并进行有效控制。可对产品的设计开发提供参考。     

高速铁路减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道桥梁振动噪声研究

以减振CRTS-Ⅲ型轨道系统为研究对象,基于车辆、轨道、桥梁系统二维模型,利用动柔度法分别计算车辆和轨道系统的动柔度,建立频率域的车辆-轨道耦合模型,计算桥梁振动加速度并与常规CRTS-Ⅲ型轨道系统相比较。采用有限元法计算桥梁结构近场点和远场点噪声,探讨桥梁各子结构板对近场点和远场点噪声的声贡献率。计算结果表明：与常规CRTS-Ⅲ型轨道系统相比,减振CRTS-Ⅲ型轨道系统下,桥梁的振动峰值加速度减小69.9%,加速度平均值降低60.4%;近场和远场噪声计算点声压级分别降低8.4、8.5dB;桥梁顶板声贡献率分别达65.28%,68.30%。采用减振CRTS-Ⅲ型轨道系统能够有效的降桥梁结构噪声。声贡献率计算表明顶板振动是导致桥梁噪声的主要噪声源。     

车内噪声预测与面板声学贡献度分析

面板声学贡献度分析是汽车NVH特性研究的重要内容，识别各面板对车内场点的贡献度对于控制车内噪声有着重要意义。利用有限元结合边界元的方法，建立三维车辆乘坐室声固耦合模型，使用ANSYS软件计算出乘坐室在20-200Hz频率的声固耦合振动特性后，采用LMS Virtual．lab软件预测了驾驶员左、右耳的声压响应。并通过各壁板对驾驶员右耳声压的面板贡献度分析，得出了各壁板对驾驶员右耳总声压的贡献度，为降低车内某点噪声进行结构修改提供理论依据。通过对结构修改，有效降低了车内某点噪声。     

低压母线系统振动与声辐射特性分析

采用有限元与边界元法,以某型号母线桥为例,对低压大电流母线设备正常运行中噪声偏大的问题进行研究。建立母线桥有限元结构分析及边界元声学分析的三维模型。在求解系统固有频率及振型的基础上,应用有限元法完成了母线桥结构振动响应的数值计算。然后,将母线桥外表面的节点振动位移作为声学边界条件,采用边界元法计算了母线桥的辐射噪声特性,得到母线桥辐射声场的分布规律,确定系统中主要振源和声源的部位。根据分析结果提出了结构改进方法,计算和实验结果表明该方法控制噪声的可行性和有效性。     

A coupled ES-FEM/BEM method for fluid–structure interaction problems

The edge-based smoothed finite element method (ES-FEM) developed recently shows some excellent features in solving solid mechanics problems using triangular mesh. In this paper, a coupled ES-FEM/BEM method is proposed to analyze acoustic fluid–structure interaction problems, where the ES-FEM is used to model the structure, while the acoustic fluid is represented by boundary element method (BEM). Three-node triangular elements are used to discretize the structural and acoustic fluid domains for the important adaptability to complicated geometries. The smoothed Galerkin weak form is adopted to formulate the discretized equations for the structure, and the gradient smoothing operation is applied over the edge-based smoothing domains. The global equations of acoustic fluid–structure interaction problems are then established by coupling the ES-FEM for the structure and the BEM for the fluid. The gradient smoothing technique applied in the structural domain can provide the important and right amount of softening effects to the “overly-stiff” FEM model and thus improve the accuracy of the solutions of coupled system. Numerical examples of acoustic fluid–structure interaction problems have been used to assess the present formulation, and the results show that the accuracy of present method is very good and even higher than those obtained using the coupled FEM/BEM with quadrilateral mesh.     

随机激励下结构振动声辐射的灵敏度分析和优化设计

基于有限元法、边界元法和虚拟激励法,对随机激励下结构振动声辐射灵敏度分析及优化设计问题进行研究.有限元法用于计算结构谐振响应,边界元法用于计算结构振动声辐射,虚拟激励法结合有限元和边界元计算随机激励下结构振动声辐射问题.提出随机激励下结构振动声辐射问题的优化模型及求解算法流程,重点推导了其灵敏度分析公式.数值算例验证了灵敏度分析的准确性及优化求解算法的有效性.     

摩托车发动机壳体辐射噪声控制研究

利用FEM/BEM(Finite Element Method/Boundary Element Method)方法分析摩托车发动机壳体的振动特性,对其表面的辐射噪声进行分析研究,对改进前的摩托车发动机壳体进行模态分析、频率响应分析及噪声辐射仿真分析,并用试验进行验证,仿真数据与试验数据基本吻合,表明理论模型的正确性.根据仿真的结果,对壳体结构进行改进(改变壳体的刚度和形状),并对改进后的壳体进行仿真,计算结果表明,壳体的辐射噪声值降低.最后将改进后的壳体进行试验验证,其辐射的噪声值也降低,说明这两种改进方案的正确性.