双层圆柱壳振动传递及近场声辐射特性研究

水下加筋圆柱壳体振动和声辐射是近年来研究的一个热点问题。文章从实验和数值计算两个方面,对水下加筋双层圆柱壳的振动传递及声辐射进行了研究。实验模型表面敷设了隔声去耦材料,分为四种工况:双壳全敷设、内全敷设、外全敷设、外部分敷设,对单频激振时内外壳体间的振动传递以及各工况下的近场声压进行了分析。结果表明,托板在内外壳的振动传递中起着较大的作用,内外壳全部敷设隔声去耦材料对抑制振动和声辐射最有效。为了减小托板对振动及声辐射的影响,提出了复合托板结构,即在托板上添加方钢结构,并对含复合托板的圆柱壳声学特性进行了数值研究,表明方钢在中高频段能有效降低壳体的振动及声辐射。     

部分敷设阻尼材料的水下结构声辐射分析

基于统计能量分析（SEA）方法,分析了流场中部分敷设阻尼材料的有限长圆柱壳的声辐射特性,并进行了相应的声辐射试验测试。通过仿真结果与试验对比,验证了SEA方法在计算敷设阻尼结构的圆柱壳声辐射特性问题的有效性。在此基础上开展了部分敷设阻尼材料的水下结构辐射问题研究,分析了阻尼层敷设比例对水下结构振动与声辐射的影响;讨论了结构损耗因子对阻尼层减振降噪效果的影响。研究表明结构损耗因子对局部敷设于水下结构的阻尼层降噪效果有很大影响,本研究旨在为潜艇声学优化设计提供参考。     

敷设声学材料的声呐平台结构振动声辐射计算分析

采用有限元/边界元方法对声呐平台结构振动声辐射进行了理论研究。首先根据声学材料不同的减振降噪机理对其进行了合理的等效处理和简化建模,然后计算了声呐平台敷设不同阻尼和吸声特性声学材料的振动与声辐射特性。研究表明:声学材料的阻尼性能可以通过复合损耗因子等效,吸声性能可以通过设置边界特性阻抗来近似实现;声呐平台结构敷设阻尼和吸声材料有利于减小平台振动和降低自噪声;声学材料的吸声系数越大越有利于降低声呐平台自噪声,这对声呐平台自噪声预报和控制提供了重要的理论指导和参考价值。     

阻尼处理对水下弹性壳体振动声辐射影响分析

利用有限元软件ANSYS和边界元软件SYSNOISE对水下弹性壳体在不同阻尼处理下受激振动与声辐射特性作了数值计算分析研究,讨论了粘弹性阻尼厚度及敷设方式对水下弹性壳体振动声辐射特性的影响,研究表明：阻尼处理可以有效的降低结构的辐射声功率,阻尼层的厚度不是越厚越好,要结合激励力的频谱特性和壳体的振动特性来选择合适的厚度,敷设方式内粘自由阻尼层要比外粘减振效果好.     

条形阻尼敷设方式对薄板声辐射特性影响的讨论

薄板敷设条形阻尼结构抑制结构振动已有一定的研究基础,其中包括阻尼材料、阻尼的结构尺寸以及基于声子晶体理论的周期条形阻尼结构等对抑制结构振动的作用。但是,目前针对周期性阻尼结构的研究多数集中在多周期平行条形阻尼结构,而对于条形阻尼左右交替偏斜的敷设方式,尚未有明确的提出与运用。本文针对条形阻尼的交替偏斜敷设方式抑制薄板声辐射特性进行了相关研究,证明了与传统条形阻尼平行敷设方式相比,条形阻尼交替偏斜敷设方式能更好地降低薄板声辐射,且其结构中相邻条形阻尼结构存在最优的敷设夹角。     

敷设手性覆盖层加筋梁低频振动和声辐射特性

基于结构声辐射机理可知,在低频区域结构的声辐射功率和声辐射表面的振速幅值和分布形状(声辐射效率)相关,抑制振动和改变振速分布可以降低结构的声辐射功率。在结构表面敷设一层覆盖层用来隔开结构和流体区域,可以降低声辐射面的振动和改变振速分布。手性结构覆盖层由中心圆柱和四周韧带连接而成,具有协调变形机制,当手性结构中圆柱和韧带发生弯曲变形时,可以将不均匀结构高声辐射效率的振速分布形状转变为覆盖层表面低声辐射效率的振速分布形状并且覆盖层表面的法向振动幅值小于不均匀结构表面的法向振动幅值,实现不均匀结构声辐射抑制。加筋结构是不均匀结构,使用加筋梁模型可以反映出不均匀结构的声辐射机理。建立敷设和不敷设手性覆盖层加筋梁结构的二维有限元/边界元模型,利用Raleigh积分公式研究了其振动特性和声辐射特性。通过对比敷设和不敷设手性覆盖层加筋梁模型的声辐射面,声辐射效率、法向均方根振速和声辐射功率,分析了手性覆盖层对加筋梁声辐射的抑制机理。计算结果表明:加筋梁敷设覆盖层后,声辐射面由加筋板梁表面为覆盖层表面;覆盖层声辐射面的声辐射效率低于加筋板表面的声辐射效率。谐响应分析表明:手性覆盖层不能有效的抑制加筋梁的振动但是可以有效的抑制加筋梁传递到覆盖层声辐射面的振动,并且对加筋梁的声功率辐射有较好的抑制作用。     

基于声管测量的粘弹性介质动态力学参数辨识方法

提出一种通过声管测量粘弹性覆盖层反射系数,识别粘弹性动态力学参数的方法。分别设计实心覆盖层和圆柱空腔覆盖层,测量实心覆盖层的反射系数可以计算得到粘弹性介质的复纵波声速,测量圆柱空腔覆盖层的反射系数、并结合求解粘弹性圆柱管的特征方程可以获得粘弹性介质的复剪切波声速,进而计算复杨氏模量和复泊松比。最后,对某种橡胶材料进行了声管测试,并对粘弹性动态力学参数的识别结果进行了分析和讨论。     

舱段的声振特性分析和舱壁的振动控制

为降低舱壁振动对圆柱壳舱段声振性能的影响,对舱壁展开结构声学设计,并采用阻尼减振理论措施。在舱壁表面敷设阻尼材料以减小结构振动响应;利用阻抗失配原理,在舱壁根部与壳体连接处添加贴板支撑垫以增大振动波传递损失。采用FEM/BEM法对改进舱壁前后舱段的声振性能进行数值计算,分析舱壁的振动控制效果。结果表明：舱壁敷设阻尼材料和添加贴板支撑垫不仅可有效降低舱段振动和声辐射,也进一步地隔离振动波向舱段壳体的传递,是一种较好的减振降噪措施。     

一种手性声学覆盖层的水下抑声性能实验研究

在水池中进行敷设手性声学覆盖层的加筋板结构水下声辐射实验,对手性结构覆盖层的声辐射抑制特性进行测试和分析。将试验结果与实心橡胶进行对比,并对手性声学覆盖层的抑声机理进行分析,提出在手性声学覆盖层的核中填充EPS泡沫和在表面敷设铝板两种方法可以增加阻尼、抑制覆盖层声辐射面的振动。结果表明,EPS泡沫可增强手性多孔覆盖层的阻尼效应,改善手性多孔覆盖层的低频声辐射性能。     

声管脉冲回波法吸声系数测量技术

利用可控脉冲声信号,采用回波方法,在圆形声管中测量了样本材料的吸声系数.依据回波信号和入射声波的功率谱密度先解算反射系数,然后计算吸声系数.与B&K 4206阻抗管测量结果相比,在200 Hz～5 kHz频段内吸声系数差别在10%以内.所用脉冲声具有波形规则、脉冲时间短、频带宽的特点,测量精度比同类方法显著提高,特别是低频区域数据可靠.测量系统装置简单、重复性好.测量装置的不确定度主要源于样品在声管中安装的精密性.     

平面波激励矩形板辐射声计算中奇异积分处理方法研究

平面波垂直入射均匀薄板为一常见的透声问题;如果从振动声辐射角度来讲,这也是一个平面波激励板振动的声辐射问题,两种分析思路均已有经典方法可以采用,计算结果也理应一致。前者计算容易,但后者由于积分中含有奇点所以计算比较复杂。文章首先对有限薄板被激振动和声辐射的已有研究结果进行了回顾,重点处理了矩阵求解和奇点积分问题,给出了求解奇点积分的具体方法,对奇点的影响进行了分析,最后编写程序进行计算。计算结果表明,基于简正模态的计算方法在给定算例下的结果与理论分析结果接近。这表明基于振动模态分析的方法是可行的。此方法技术难度较大,但其可用于研究简支薄板的声场结构,以及曲面结构声辐射等复杂问题的求解。     

高静水压下障板样品声特性的计算与测量

为研制一种在声呐水下声系统中起到屏蔽噪声、提高声基阵空间增益作用的耐压、低频、宽带声障板,设计了声管样品,根据分层介质中的声传播理论,利用多层均匀结构的传递矩阵法计算了它在空气和水介质背衬下的声压反射系数和透射系数,在不同的背衬情况下具有明显不同的声学特性。制备了直径206mm的样品,利用杭州应用声学研究所水声驻波管和行波管测量系统测量了频率范围100Hz～4kHz、静水压范围从常压到2MPa的声学性能,测量结果和理论计算值基本吻合,声障板样品在静水压状态下具有一定的低频、宽带反声特性。     

波数空间中活塞辐射体近场声压分布的计算及测试

在近场范围内,声源在任何平面上的声场都可以通过平面传播波和倏逝波的叠加来得到。以圆形活塞为例,在波数空间中利用角谱法求得其辐射声场的传播波和倏逝波的分布。借助数值分析方法,对圆形活塞声源声轴线上的声压进行计算,得到相应的近场声压分布曲线。由角谱法计算得到的近远场分界点与点源组合法所得结果一致。对不同声源半径时,不同辐射频率下的声压分布曲线进行比较,得出了近场声压的变化规律。阶梯圆盘在辐射理论上应等于对应圆形活塞的辐射。对设计的阶梯圆盘的轴向声压进行了测试,实验测试结果与理论计算结果基本吻合。     

Transient vibration and sound radiation of a rectangular plate with viscoelastic boundary supports

This work considers transient vibration and sound radiation from an impact‐excited rectangular plate with viscoelastic boundary supports. The approach used is based on the modal strain energy (MSE) method. Vibration of the plate is approximated by a double infinite series in the spatial co‐ordinates. Each term of the series is constructed with vibration modes of beams having the same boundary conditions as the plate, multiplied by a time‐dependent function. Modal loss factor of each mode is obtained by the MSE method. The sound radiation pressure in the time and frequency domain is obtained by numerical integration of the Rayleigh integral. Effects of the viscoelastic boundary supports on the vibration response and the radiated sound pressure of the vibrating plate are also discussed. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

水下蜂窝空腔覆盖层的隔声性能分析

针对驻波管隔声量测试过程中,透射管末端反射波难以消除并对测试结果有一定影响的问题,利用LMS Virtual.lab有限元软件建立了驻波管隔声量测试的仿真模型。在模型中设置无反射边界条件,基于该模型分析了蜂窝空腔覆盖层的隔声性能,指出蜂窝空腔覆盖层的隔声特性是阻抗失配、波型转换、阻尼损耗等多种机理共同作用的结果,蜂窝结构的胞元壁厚、胞元夹角、黏弹性材料的杨氏模量等参数变化对隔声量的影响较为明显。消除了入射管端面和透射管端面的反射波,并通过与解析方法的计算结果对比验证了模型的正确性。     

一种路面吸声系数的现场测试方法

为了在不破坏路面结构的条件下得到路面的吸声性能,解决工程建成后的验收和测试问题,进行了阻抗管的结构改造,并搭建了阻抗管路面测试系统;以道路路面为研究主体,研究了密封材料对测试结果的影响;运用传递函数法原理现场测试路面的吸声系数,通过比对现场实测结果与实验室路面样品测试结果,评价阻抗管现场测试系统的可靠性和测试方法的可行性。研究结果表明,用橡皮泥做密封材料时,密封效果较好;路面测试系统现场实测吸声系数曲线基本一致;现场实测吸声系数与路面样品吸声系数差值不超过0.04,属于误差允许范围内,两组吸声系数在800 Hz以上比较吻合,差值小于0.002,在250~630 Hz范围内差值在0.02~0.038之间,且在此频率范围内路面实测吸声系数低于实验室测试结果。     

声流对单管道周围换热特性的影响

通过仿真与实验的方式,研究声波影响管道外部的流动和换热特性。在仿真中,对输入声压级相同时,不同频率的声流速度进行研究,结果表明频率对管壁处平均声压级的影响较小,但对管壁周围切向速度的影响较大。基于声波对流场分布的影响,在实验中研究不同声压级和频率对单根钢管换热的影响,结果表明声压级不变,频率越低,钢管换热效果越好;频率不变,声压级越大,钢管换热效果越好。仿真与实验结果表明：管道周围的换热效果与声流速度的大小成正比,而声流大小与频率和激励速度直接相关,激励速度越大,频率越低,钢管附近声流运动越剧烈,采用低频高声压级的声波能够加速钢管的换热过程,该研究为声波影响管道换热特性提供了理论依据。     

具有PBL加劲的方钢管混凝土构件受弯性能

为研究具有PBL加劲的方钢管混凝土构件的受弯性能,该文进行了无加劲肋、钢板加劲肋和PBL加劲肋三种方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,同时考察PBL加劲肋孔径大小和间距的影响,试验结果表明,无加劲肋构件为单波鼓曲破坏,钢板加劲肋和PBL加劲肋构件均为双波鼓曲破坏;PBL加劲肋试件管内受拉混凝土裂缝分布更为均匀,裂缝宽度和间距更小,钢管与混凝土共同受力更好;PBL加劲肋对方钢管混凝土抗弯承载力提高不明显,抗弯刚度提高约20%;钢板加劲肋是否开孔对试件的刚度影响不大。该文还进行了PBL加劲肋构造参数的影响分析,结果表明:具有PBL加劲的方钢管混凝土构件抗弯承载力随着PBL加劲肋高度、宽度的增加而增加,随着开孔孔径d₀的增大而减小;开孔间距对承载力的影响很小。在试验研究和数值分析基础上,提出了具有PBL加劲的方钢管混凝土构件抗弯承载力的简化计算方法,建议在实际工程中,相对开孔孔径和间距分别取0.5和2.0为宜。     

弹性边界下机械阻抗板面积对吸声性能影响

文章研究了机械阻抗板吸声结构性能与板面积的关系,通过分析获得了机械阻抗板吸声结构的声品质因子和相对声阻率随面积变化的关系式,在此关系式的指导下讨论板面积增大对结构吸声性能的影响。结果表明：对相同材料制成的机械阻抗板吸声结构,随着板边长从0.1 m增大到0.6 m,结构的吸声频率向低频移动,吸声带宽稍微变窄,吸声系数先增大后减小。板面积扩大后需要调整板质量和黏弹性材料的阻尼,以保持结构的吸声峰频率不变,同时能够提高吸声系数的峰值,拓宽吸声频带。掌握机械阻抗板吸声结构性能随面积变化的规律对实际工程应用有指导意义。     

固体火箭发动机喷管阻尼数值计算方法及规律研究

从声学角度出发,参考稳态波衰减法,综合考虑喷管辐射损失及对流损失,建立固体火箭发动机喷管阻尼声能共振数值计算方法,通过与阻抗管法测量的试验结果对比验证仿真方法,并探究喷管喉径、监测点位置、声源强度及平均压力对喷管阻尼的影响,结果表明:数值计算结果与试验结果吻合较好,表明该研究建立的仿真方法有效;喷管阻尼随喉径的增大而增大,进而使声腔内形成稳定驻波时的压力振幅降低。传声特性分析结果表明:喷管喉径增大,声功率透射系数提高,使喷管阻尼增加;监测点位置及声源强度不会影响喷管阻尼大小,但会影响压力振幅大小;喷管阻尼及压力振幅均与平均压力大小无关。