水下圆柱壳低频声辐射特性及有源控制

利用振动模态及声辐射模态分析水下有限长圆柱壳低频模态辐射特性。计算各阶周向振动模态对辐射声功率贡献;将各阶周向模态下轴向振动模态分为奇、偶模态组,分析低频范围内振动模态组与声辐射模态对应关系;以主导声辐射模态声功率为目标函数对水下有限长圆柱壳低频声辐射进行有源控制。结果表明,低频范围内水下简支圆柱壳受径向点力激励时,仅前几阶周向振动模态对辐射声功率有贡献;同一周向振动模态下轴向为奇(偶)振动模态组产生的声功率与具有相同周向阶数而轴向为偶(奇)声辐射模态产生的声功率对应。通过控制前几阶主导声辐射模态即可完成对水下有限长壳体低频辐射噪声抑制。     

多设备源激励下水中柱壳结构声振特性研究

研究多个设备振动激励下的水中有限长圆柱壳体振动与声辐射特性。基于薄壳理论,建立单频多个设备振动激励下水中有限长圆柱壳体的声振耦合方程,采用模态展开法推导出多源激励下壳体振动响应和辐射声功率的解析表达式,分析设备激励源数、激励形式及其组合方式等对壳体振动响应和辐射声功率的影响规律。研究表明:多设备振动激励作用下,施加的多点激励力间距越大,壳体结构振速响应和辐射声功率越低;沿周向施加线激励力,不易激起壳体振动与声辐射,而沿轴向施加的激励力越集中,所激起壳体的振动与声辐射越强;在激励力合力相同的条件下,增加激励力接触面积可有效隔声。研究结果可为水下航行体的振动噪声控制提供理论依据。     

水下圆柱壳声辐射有源力控制及机理分析

研究了利用力激励进行水下有限长圆柱壳振动声辐射有源控制问题。考虑流固声振耦合作用,根据圆柱壳辐射声功率在周向相互解耦的特性,推导了次级力源最优强度解析表达式,比较了单个力和多个力有源控制后的降噪效果;利用圆柱壳结构振动模态和声辐射模态的对应关系,分析了圆柱壳声辐射有源力控制的物理机理。研究结果表明:多个次级力更能有效地控制壳体产生声辐射的振动部分而达到控制噪声的目的;水下圆柱壳的前几阶声辐射模态的辐射效率很高,而辐射模态幅度较低,有源控制机理在于降低与结构振动模态对应的声辐射模态幅度,从而有效控制结构振动产生的声辐射。     

往复式制冷压缩机壳体振动声辐射特性的初步研究

制冷压缩机是决定冰箱、冷柜等家电噪声水平的关键部件。本文首先分析往复式制冷压缩机噪声的类型以及传递途径,指出壳体是压缩机自身噪声向外辐射的最终载体;接着对某一压缩机的壳体进行了模态分析,以了解其固有振动特性;再在压缩机内部的四个支撑机芯的弹簧底部位置和排气管焊接处施加常值幅度的力谱,研究压缩机的受迫振动与声辐射。结果表明:对于此压缩机第1阶弹性变形模态为3kHz左右;四个支撑弹簧和排气管焊接处施加力激励,发现在1kHz以下,壳体的振动小且声辐射效率低,所以声辐射功率也小;随着频率增加,辐射效率提高,特别当超过第1阶变形模态之后辐射效率将大于1,并且此时由于结构模态的不断出现,振动能量和声辐射功率都维持在较大幅度范围内;不同激励点激励起各阶壳体模态振动的有效性不一样,排气管焊接点处比支撑弹簧处能更有效地激励壳体的振动与声辐射。     

冰箱压缩机机壳实验模态分析

采用锤击脉冲激励法,对某型号冰箱压缩机机壳进行了实验模态分析,识别了整机壳体的各阶固有频率(1 KHz-4 KHz)、阻尼和模态振型等参数,获得整机壳体的固有振动特性。并以实验模态分析为基础,研究整机壳体的结构动态特性,实验模态分析结果表明:压缩机壳体模态振型以内外扩张振动为主,封闭壳体的固有振动特性是压缩机噪声辐射的主要原因。实验模态分析的结果可为压缩机减振和降噪设计提供参考依据。     

水中含空气腔消声层的声特性

根据周期物理场Bloch理论,应用有限元方法研究水中含空气腔结构消声层的声特性,给出质点振动模态,分析消声机理;空气腔对低频声特性产生重大影响,除了弹性波散射产生的能量耗损外,主要作用是谐振吸收.文中以圆锥腔、复合腔为例,说明结构消声层的声特性.     

基于表面振速分组测量的多舱段结构声辐射预报研究

从预报水下结构声辐射的Helmholtz边界积分方程出发,基于壳体上数量有限的振动传感器,提出了壳体表面振速分组测量的声辐射预报方法。专门设计了一个多舱段复杂壳体模型,分别进行了单台设备激励、多台设备激励的壳体振动与声辐射试验。对比分析结果表明,该分组预报方法是准确的、可行的,最后还对表面振动分组的原则进行了讨论。     

水中有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射影响因素研究

本文以水中有限长纵向加肋圆柱壳体为研究对象,推导了水中有限长纵向加肋圆柱壳体的声固耦合振动方程,其中纵向肋骨的作用表现为在基本圆柱壳体声固耦合振动方程中增加相应的附加阻抗,因此壳体的振动和声辐射由壳体机械阻抗、辐射阻抗和纵向肋骨附加阻抗决定。通过数值仿真算例对外力激励下有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射影响因素进行了研究。结果表明纵向加肋对水中圆柱壳体的辐射声功率影响不大,但壳体表面平均振动速度明显降低,而材料损耗因子对几乎所有频段内水中圆柱壳体的辐射声功率和表面平均振动速度都有明显抑制作用。     

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.     

壳间连接形式对双层壳声辐射性能的影响

研究流场中受径向点激励的有限长双层圆柱壳壳间用实肋板连接或用托板连接对其振动和声辐射性能的影响。壳体的振动用Flügge壳体方程描述,将加强构件等价为对内外壳体的支持力,实肋板作用可以等价为周向、轴向和径向三个方向的力和轴向弯矩作用到壳体上。托板近似简化为拉压杆件进行计算,并推导了托板的动反力公式,然后将其引入壳体振动方程,最后求解双壳体声-流体-结构耦合方程,计算结果用辐射声功率、表面振动均方速度级和辐射效率的形式表示。在数值分析部分,讨论了壳间连接型式变化对双层圆柱壳的声辐射性能的影响,分析了托板和实肋板的差别。得出结论:壳间连接越紧密,对应的双层加筋圆柱壳的辐射声功率越高。     

超声造影剂微泡非线性声学特性的数值仿真

以空气泡为例,采用描述气泡半径运动的Rayleigh-Plesset方程,对其在高频声压辐照下的非线性振荡,散射声场和散射截面进行理论和数值研究,为获取更清晰的图像提供理论依据。结果表明:激励声压的频率在微泡的固有谐振频率附近时,可以产生强的二次谐波散射声压。同时,提高入射声强可以增大二次谐波散射截面,但不能改变基波散射截面。     

复合型超声马达纵-扭振动固有频率简并研究

纵、扭振动固有频率简并是提高纵-扭复合型超声马达输出力矩的关键问题。然而同一弹性体内的纵振固有频率远高于扭振固有频率．目前对两种振动固有频率的简并缺乏深入的理论研究。纵一扭复合型超声马达振动分析模型都基于一维理论。在此提出了一种纵、扭振动固有频率简并的新方法。通过将纵一扭复合型超声马达设计成双定子对称结构．在定子上附加一个调整环改变定子的力学边界条件。实现纵、扭振动同频共振。应用Hamilton原理建立了考虑泊松效应的定子纵、扭振动理论模型，分析了定子的纵振与扭振第一阶固有频率随调整环质量和位置的变化规律，通过优化马达的几何结构参数获得了纵振与扭振的同频谐振点。     

Piezo patch sensor/actuator control of the vibrations of a cantilever under axial load

The effect of axial force in the vibration control of beams is studied by means of an integral equation formulation, which facilitates the numerical solution of the problem of finding the eigenfrequencies and eigenfunctions of a freely vibrating beam controlled by piezo patch sensors and actuators. The basic formulation of the problem is given in terms of a differential equation which is converted to an equivalent integral equation formulation by introducing an explicit Green’s function. After approximating the kernel of the integral equation in terms of Fourier series based on the eigenfrequencies of the host structure, a method of solution is outlined which consists of expressing the integral equation as an infinite series of linear equations and using a finite of number of these equations in the numerical solution. Numerical results are obtained for different values of the gain, the axial load and for three patch sizes. The first three vibration frequencies of the controlled and uncontrolled beam are given. The tip deflections of the beam for different axial loads are also plotted to compare transient behaviour.     

Shear-horizontal vibration modes of an oblate elliptical cylinder and energy trapping in contoured acoustic wave resonators

We study shear-horizontal free vibrations of an elastic cylinder with an oblate elliptical cross section and a traction-free surface. Exact vibration modes and frequencies are obtained. The results show the existence of thickness-shear and thickness-twist modes. The energy-trapping behavior of these modes is examined. Trapped modes are found wherein the vibration energy is largely confined to the central portion of the cross section and little vibration energy is found at the edges. It is also shown that face-shear modes are not allowed in such a cylinder. The results are useful for the understanding of the energy trapping phenomenon in contoured acoustic wave resonators.     

Effect of surface stress and surface mass on elastic vibrations of nanoparticles

The elastic vibrations of nanoparticles, in the present work, have been studied theoretically by taking into account the size-dependent elasticity due to the surface effect. Surface elasticity has been resorted to where, in addition to the effect of surface stress, the effect of surface mass has also been taken into account in the model. The torsional and spherical modes for the free vibration have been obtained. Numerical calculations have been conducted, and the results have shown that both the surface stress and the surface mass affect significantly the eigenfrequencies of nanospheres. With those surface effects, the eigenfrequencies are no longer proportional to the radius inverse. Under appropriate circumstances, the surface effects may render the lowest eigenfrequency amount to the second lowest by classical elasticity.     

阻振质量块对板结构振动与声辐射的影响

本文借助通用软件Msc/Nastran，Sysnoise对阻振质量块-板结构的振动与声辐射进行近似计算，结构振动采用有限元近似；声场和结构表面采用Helmholtz方程的边界元近似，探讨了阻振质量块结构参数对振动和声辐射的影响规律，从而初步探讨了实现板结构良好隔振特性的途径，为舰船的减振降噪设计提供了参考。     

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。     

齿轮泵声辐射性能仿真分析与结构优化

在软件Hypermesh中建立齿轮泵结构有限元模型,提取其结构模态;在软件LMS. Virtual. Lab中,结合齿轮泵的模态,得出泵体模态的频率响应和节点加速度;在声学边界元模块中,利用直接边界元法计算标准场点处的声学响应;分析得出泵的声辐射性能与其模态振型相关,提出结构改进方案,以改善模态振型,从而降低泵的辐射噪声。     

轴对称声振耦合的边界子波谱与有限元耦合方法及应用

在轴对称结构有限元和轴对称Helmholtz积分方程的基础上,建立了轴对称弹性结构构声振耦合的边界 子波谱有限元耦合方法,该方法能处理任意边界条件。采用提出的耦合方法研究了含有壳、肋、板复杂结构的水下航行 器的声辐射,给出了轴对称圆环肋的刚度矩阵和质量矩阵。进行了声振耦合的模态分析,研究了航行器的轴向激励、侧 向激励的声辐射;计算了0～2kHz的频率响应。结果对水下航行器的研究设计有一定的参考价值。     

Direct boundary integral equations for elastodynamics in 3-D half-spaces

Vector boundary integral equations (BIE's) based on Somigliana's integral formula are presented with Stokes' (full-space) and Lamb's (half-space) fundamental tensors (Green's functions), for radiation and scattering of time-harmonic elastic waves by bodies embedded in or laying on the surface of a three-dimensional homogeneous, isotropic, linear-elastic half-space. Numerical work is based on BIEs free from principal-value integrals. Whereas the Stokes'-tensor BIE requires discretization of the infinite half-space surface, all discretization is confined to (finite) surfaces of the body when Lamb's tensors are used. The nonuniqueness of the integral equation solution at fictitious eigenfrequencies is addressed. Numerical results are presented for a rigid circular footing, a rigid hemispherical foundation and a fully embedded spherical cavity.