消声器中频声学性能的计算测量方法

传统的消声器声学性能计算和实验测量都是在消声器进出口管道作为平面波声场的条件下进行,当进出口管道内出现有高阶模态激发的三维声场时,这些计算方法和实验测量方法就不再适用。由此,采用消声器进出口管道内加径向隔板的方法来计算消声器的声学性能,当原来管道声场中出现高阶模态时,仍然可以用平面波方法计算消声器的传递损失。应用该方法对进气滤清消声器进行传递损失数值计算,在原来进出口管道的平面波声场范围内,计算结果与传统方法计算结果均接近实验的测量结果,验证了该方法预测消声器声学性能的可行性。进而在所设计的消声器中频声学性能实验测试台架上,用声波分解法对阻性消声器进行传递损失测试,实验测量结果和有限元仿真结果也吻合良好。     

声场中声能量与传递

当声波传播偏离平面波传播规律时,声场中存在无功声强,影响声能量的传递,有部分能量滞留在声场中。在近场,局部声源表面有时吸收声场中的能量,这成为声场中出现负声强的原因之一。     

海底沉积物声波现场测试和有限差分数值模拟研究

利用基于Biot理论的高阶交错网格有限差分算法,模拟了声源在不同位置条件下激发声波的传播,重点讨论了纵波和各种转换波的声场,并与我国某海域地区海底沉积层的现场测试数据进行了对比。研究结果表明,海底沉积层中的纵波具有明显的频散现象,这种频散现象与理论预期结果相吻合,而且由Biot理论得到的纵波频散规律和现场测试结果有较好的一致性,但对于纵波的衰减,二者符合得不好,这是因为Biot理论模型的假设条件和海底沉积层的差别较大造成的。计算声场显示,当声源放置在海水中时,在沉积层中产生三种转换波;当声源放置在沉积层中时,在沉积层中产生了多种类型的波。在某些条件下,海底沉积层中的横波速度低于慢纵波速度。     

一种适用计算声学问题的网格间断人工黏性分布策略

在计算声学数值模拟过程中,当空间离散采用高阶有限差分格式时,在网格间断处易出现短波发散问题,易污染整个计算域的数值解。针对该问题,在对称模板DRP格式的基础上,探索了曲线坐标系下交界面、奇异点等间断处人工黏性添加策略;经过初始扰动绕圆柱传播算例的计算对比分析表明:声波随着时间推移,向空间逐步散开;当声波到达圆柱时,声波会发生部分反射现象,形成二次声源向空间传播,整个计算过程中未出现计算发散现象。研究结果表明,提出的人工黏性分布策略能有效解决间断处短波发散问题,为复杂构型的声场模拟提供技术支撑。     

封闭水池中非自由场重建的实验方法

为实现水下封闭空间中非自由声场的重建,提出一种单全息面的声波分离方法。用声场中不同位置声压的球谐函数展开描述非自由声场,并在声场重建过程中剔除环境噪声,达到目标声源的直达声与环境噪声分离的目的。在六面反射的封闭水槽内,进行非自由声场重建的实验,获得了目标声源的直达声,并与消声水池中的测量结果进行对比,表明:基于单全息声压测量面的声波分离方法可以有效重建水下非自由声场,声波分离后目标声源辐射声场的重建误差小于30%。     

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。     

矩形域声—固耦合系统的分析方法

运用特征值与模态展开法相结合的方法,研究双向耦合结构-声场系统;分析声学和结构耦合响应;讨论结构驱动点阻抗与声介质特性阻抗比率和声—固耦合引起声波共振频率的变化之间的关系,提出了以声-固耦合引起声波共振频率的变化作为判据,判断何时采用双向耦合分析方法。     

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。     

规则形状录音棚简正振动分析

为了获得好的录音效果,我们注重录音棚的混响时间、声场均匀度等建声指标。但除此之外,房间在受到声源激发时,共振频率对声场的影响程度也是不可忽视的。对于不规则的大房间,在声源激发时,产生很多的共振频率,其声压分布很复杂,房间任何一点的声波是在所有方向上传播的,因此可以说是个扩散的声场。     

双吸离心泵正反转工况流致振动噪声研究

为深入了解双吸离心泵运行的振动噪声规律,以某一双吸式离心泵为研究对象,基于声学间接边界元法(IBEM),采用LMS Virtual-Lab分析计算平台,进行基于泵壳模态的强迫振动响应计算。然后根据泵壳模态强迫振动响应计算与声学间接边界元的声学波动方程求解耦合方程,得到双吸泵在液力透平工况和泵工况下外辐射声场的声压级指向分布和声压级分布。结果表明:偶极子声源是流体噪声的主要声源;在蜗壳隔舌处非定常脉动力是主要的噪声源;叶频及其倍频是双吸泵外辐射声场噪声的主要诱导频率;泵壳发生了共振,所以声振耦合的作用不可忽略。研究揭示了双吸泵作液力透平及泵工况内部流动诱发的外辐射声场的声振耦合计算规律,为后续减振降噪研究提供了理论基础。     

介质速度对有限长导管内外声场影响研究

利用导管声波模态理论给出了导管的声波截止频率,并采用边界元方法计算了不同流速条件下、不同导管半径及导管半径波长比时的导管内外声场,发现对于相同的导管和声源,流速的增加会使截止频率减小,此外,由于介质速度的影响,导管侧壁和下游管口方向的声场能量会向上游管口方向转移,在低频、高流速条件下,这一规律更加明显。     

结构声辐射的源强声辐射模态分析方法

为了解决不易获取复杂结构振速声辐射模态和利用其计算复杂结构外辐射声场困难的问题,提出源强声辐射模态分析方法。该方法利用简单源积分公式将结构表面连续的源强分布等效为一组简单源源强分布,利用这组简单源源强分布构造了结构辐射声功率2次型表达式,其2次型系数定义一个辐射阻矩阵,辐射阻矩阵的特征向量就构成了源强声辐射模态,从而实现复杂结构总辐射声功率的解耦。只要获得声辐射模态的展开系数,声场中的声压、质点法向速度等声学量都可由源强声辐射模态叠加得到。球形声源和棱台体声源的分析表明：源强声辐射模态保留了传统的声辐射模态优点,更方便解决复杂结构声辐射问题。     

导管对圆柱共鸣腔径向共振模式的扰动

修正进气导管的影响对声学共鸣法测量Boltzmann常数kB十分必要。基于一阶声学微扰理论研究了导管对圆柱形共鸣腔理想径向共振模式的扰动,分析了导管末端不同连接方式所带来的声阻抗差异,计算了导管对（001）径向模式的共振频率和半宽的扰动值分别为Δf/f0≈-0.04×10^-6和Δg/f0≈14.15×10^-6,同时分析了导管长度、半径以及径向安装位置的变化对理想径向共振模式扰动的影响。     

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。     

基于核主成分分析及支持向量机的水轮机叶片裂纹源定位

结合核主成分分析(KPCA)以及支持向量机对水轮机转轮叶片裂纹源的声发射信号进行定位。结果表明,利用核主成分分析提取的特征参数进行定位的精度高于原始参数的定位精度,即输入9个特征参数时,支持向量机在叶片区域的识别率为100%,在裂纹源对焊缝距离的支持向量回归分析中的最大误差为20cm。因而结合KPCA和支持向量机对复杂的大尺寸结构进行定位是一种较好的方法,既减少了输入信号的维数,又提高了定位精度。     

Modal vibrations of an infinite cylinder in an acoustic halfspace

Acoustic radiation from an infinite cylindrical surface vibrating with an arbitrary, time-harmonic surface velocity distribution while positioned near the rigid/compliant boundary of a semi-infinite ideal compressible fluid medium is determined in an exact fashion using the classical method of separation of variables. The formulation utilizes the appropriate wave-field expansions and the method of images along with the pertinent translational addition theorem to develop a closed-form solution in form of infinite series. The analytical results are illustrated with numerical examples in which the cylindrical source, vibrating in the monopole and dipole-like modes, is positioned near the rigid/compliant boundary of a water-filled acoustic halfspace. Subsequently, the basic acoustic field quantities such as the modal acoustic radiation impedance load, radiated far-field pressure and the radiation intensity distribution are evaluated for representative values of the parameters characterizing the system.     

Experimental investigation of leaky lamb modes by an optically induced grating

By removing the symmetry of a free plate configuration, fluid loading significantly modifies the nature of acoustic waves travelling along a plate, and it even gives existence to new acoustic modes. We present theoretical predictions for the existence, dispersive behavior, and spatial distribution of leaky Lamb waves in a fluid-loaded film. Although Lamb modes are often investigated by studying the radiated fluid waves resulting from their leakage, here their properties are assessed by detecting the wave displacements directly using laser beam deflection. By using crossed laser beam excitation, the detection and analysis of the different modes is done at a fixed wavelength, allowing one to verify the existence, the velocity, and the damping of each predicted mode in a simple and unambiguous way. Our theoretical predictions for the nature of the modes in a water-loaded Plexiglas film, including parts of looping modes, are experimentally confirmed.     

Increasing the Accuracy of Measurements of Air Flow Velocity with an Acoustic Anemometer

The physical principles of the operation of an acoustic anemometer are considered. An improved model of the anemometer channel, which takes into account the thickness of the waveguide-air duct walls is described. The results of a calculation of the reflection coefficient of the open end of a waveguide with rectangular flanges for one of the normal modes when there is an air flow are presented. The acoustic pressure field on the wall of the anemometer channel is calculated and the effect of the wall thickness on the choice of the optimum acoustic anemometer parameters is estimated.     

航空发动机风扇管道径向声模态模拟与识别技术

针对航空发动机风扇管道径向声模态模拟与测试问题,研究了径向声模态模拟技术以及径向声模态识别技术。采用基于径向排布的声源阵列形式,调节阵列预设的各扬声器幅值及相位实现径向模态声源模拟。建立声源管道下游多圈环形阵列,根据阵列位置信息构造求解模态的传递函数矩阵,运用Tikhonov正则化方法减小传递函数矩阵的条件数,从而实现径向声模态识别能力。通过理论推导和数值计算,设计风扇管道径向声模态试验装置,并在消声室进行试验验证。通过试验验证了该系统具备周向4阶以内,径向2阶以内的径向声模态模拟与识别能力。