利用源强分布声辐射模态识别噪声源

为了解决噪声源识别中存在的识别精度不高、分辨率受限、对测量条件要求高等问题,提出了基于源强声辐射模态的噪声源识别方法。该方法首先计算结构的源强声辐射模态矩阵和声场分布模态矩阵,然后利用声场中测得的声压数据向量与结构声场分布模态矩阵的关系求出声辐射模态展开系数向量,最后通过声辐射模态矩阵和声辐射模态展开系数向量的积就可得到结构的源强分布,从而达到对噪声源识别的目的。该方法利用较少的测量点可以获得较高分辨率和识别精度。通过平板振动仿真和音箱实验验证了该方法对平面结构噪声源识别的有效性。     

声辐射模态在声场重构中的应用

基于声辐射模态,对辐射声场的重构进行仿真研究,取得了令人满意的结果。声辐射模态包含声源几何形状的影响,利用声辐射模态可实现对任意复杂形状声源的声场重构。声源相对简单时,需要较少的测点数就可以得到很好的重构效果。对于复杂的声源辐射声场,重构中结合正则化方法保证重构的高效性与精确性。同时,探讨通过重构声源表面声压的方法来识别噪声源,经过模拟计算和可视化的实现,表明方法简单可行。     

复杂结构的声辐射解耦及其声辐射效率分析

提出一种用边界元方法与声辐射理论求解复杂结构的声辐射模态与声辐射效率的理论方法。先将结构的声辐射功率表示为一个正定的厄米特二次型，运用广义特征值分解求解了复杂结构的声辐射模态，然后利用声辐射模态关于阻抗矩阵与均方速度耦合矩阵的正交性，求解了复杂结构的声辐射效率，最后用具有解析解的脉动球与辐射立方体验证了该方法的有效性。     

有限元与声辐射模态的薄板声辐射灵敏度分析

采用有限元与声辐射模态方法研究了薄板声辐射的灵敏度。应用有限元方法求出结构的速度分布后,利用Rayleigh积分求出薄板的声压,然后将薄板的声辐射功率表示为薄板速度分布的正定厄米特二次型;将薄板的声辐射功率对设计变量求偏导,薄板声辐射的灵敏度转化为阻抗矩阵的灵敏度与速度分布的灵敏度,最后通过声辐射模态理论和有限元方法可以分别求出结构阻抗矩阵的灵敏度与速度分布的灵敏度。以四边简支的薄板作为数值算例,对所提出的方法进行了验证。     

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。     

简支矩形板声辐射的有源控制

文章以简支平板为例 ,通过声辐射模态研究结构声辐射的有源控制。首先分析了声辐射模态的数学和物理意义。由于在中、低频时 ,声辐射模态对应的辐射效率随着模态阶数的增加而迅速降低。在此基础上 ,文中提出了一种新的控制策略 ,即抵消前k阶声辐射模态的伴随系数 ,使得前k阶声辐射模态的声功率为零。文中以压电陶瓷作动器作为控制力源进行了数值计算研究。并与传统的控制策略———声功率最小化策略进行了比较。     

复杂结构体的声辐射模态远场计算方法

声辐射模态在主动结构声控制领域取得了满意的噪声控制效果,但缺乏有效简便的远场测量或计算方法已成为其进一步发展的瓶颈。基于远场封闭包络与结构表面辐射声功率相等,借助声传递矩阵的概念,将声辐射模态的求解转换到流体域进行求解,获得了一种通用的任意结构远场声辐射模态求解方法。为了验证方法的可行性,利用不同的场点包络形状、不同距离的场点以及不同的场点数目对其性能进行分析,主要包括结构辐射声功率、声辐射模态幅值、声辐射模态效率。利用获得的声辐射模态计算脉动球的辐射声功率,并与其理论解进行比较,计算结果显示不同的场点状态对辐射声功率的影响较小,所获取的声辐射模态和辐射效率具有较高的可信度。同时,本方法可为远场测量声辐射模态提供理论参考。     

利用声辐射模态进行声功率的灵敏度分析

采用声辐射模态进行结构辐射声功率计算,具有消除结构振动模态中复杂耦合项的优点,使得计算结构声辐射变得简单。结构声学灵敏度分析包括三类设计变量,以往绝大多数的研究只对其中一类或者两类设计变量进行了分析。而本文采用声辐射模态的方法,对全部三类设计变量进行声学灵敏度分析。对球源声辐射模型进行仿真,该方法计算结果接近理论解,由此证明了该方法的有效性。     

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。     

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。     

基于有限点振速分布设计误差传感策略

误差传感策略是实现主动结构声学控制的关键的一环。在中低频率时，控制振动结构前几阶声辐射模态可以有效控制总声功率，基于声辐射模态进行板结构主动声学控制的关键是如何获得前几阶声辐射模态伴随系数。在振动平板上测量少数点振动速度分布，利用声辐射模态性质，通过求解欠定方程，得到所需要的前N阶声辐射模态伴随系数。利用得到的前N阶声辐射模态伴随系数作为控制器的输入，形成基于声辐射模态的主动控制策略和相应的误差传感策略。以固定支撑板为例，从主动控制效果分析得到的结果与理论值一致，说明利用上述误差传感策略得到前几阶声辐射模态伴随系数是可行的。     

基于时域声辐射模态的结构噪声主动控制研究

以简支矩形板为例，提出了利用时域声辐射模态进行声辐射研究，并从物理和数学意义上对时域声辐射模态进行了解释。研究表明时域声辐射模态既与时间无关，也互相独立，使得计算和控制声功率得以简化。针对瞬时声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定的特点，在时域里进行结构噪声的主动控制研究，通过抵消第一阶辐射模态的声功率使得总的声功率得以有效降低。在此基础上，建立基于最小二乘算法的自适应反馈控制系统，进行仿真计算，结果证明了主动控制策略是有效的。     

基于模态理论的有源声学结构控制机理研究

有源声学结构是近年来提出的一种控制结构低频声辐射的有效方案，它是智能结构在噪声控制领域的具体应用，其控制机理是一个亟待解决的关键问题，文中结合声辐射模态和结构振动模态理论对该问题进行了研究并作了定量解释。研究结果表明：有源控制的机理在于减小结构主导辐射模态的幅度（声功率），同时保证低阶非主导辐射模态的幅度不会有大的升高；在控制高阶辐射模态幅度的同时，低阶辐射模态幅度也被有效控制；四个次级板能够抵消各种类型的振动模态对应的主导辐射模态，从而有效控制结构所有振动模态的声辐射。     

改进声辐射模态模型求解具有位移自由度板声功率灵敏度

利用改进的声辐射模态模型处理声辐射,利用有限元振动模型处理结构振动,提出一种新的研究具有位移自由度板的声辐射灵敏度求解方法。以四边简支的具有位移自由度板作为数值算例,结果表明该方法是可行的。     

结构噪声主动控制在时域声辐射模态下的仿真研究

以简支矩形板为例，提出了利用时域声辐射模态进行声辐射研究。研究表明时域声辐射模态既与时间无关，且互相独立，使得计算和控制声功率得以简化。针对瞬时声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定的特点，在时域里进行结构噪声的主动控制研究，通过抵消第一阶辐射模态的声功率使得总的声功率得以有效降低。在此基础上，建立了时域声辐射模态的状态空间方程，对该方程的性能进行了分析，并利用最优控制算法的自适应反馈控制系统进行仿真计算。最后讨论了不同情况下的计算精度，并对影响仿真结果的因素进行了分析。     

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。     

流域网格中嵌入式复杂声源的时域传播仿真

针对声学商业软件较难模拟任意形状、时变复杂声源的声辐射问题,使用有限体积法在时域内求解无声源项亥姆霍兹(Helmholtz)方程,将复杂声源嵌入到有限体积单元节点,推导了由给定声源表面声压或振动位移得到速度势公式,提高了声源处理的灵活性和计算效率。该方法允许对初始场问题及复杂时变声源声辐射进行仿真。对常见声源及二阶圆柱体声源声辐射进行了数值模拟,结果与解析解及商业软件结果进行了对比,误差均小于15%。程序具有良好的封装性及通用性,可以灵活地对不同声源进行组合,得出任意复杂声源时域的传播规律,为复杂声源声辐射等线性声学问题的研究提供了一个可靠的平台。