单级人字齿轮减速器振动噪声分析方法研究

以船用人字齿轮减速器为研究对象,依据人字齿轮传动结构特点,综合考虑齿轮时变啮合刚度、误差、惯性力等激励以及人字齿轮轴向定位与滑动轴承支撑等因素,建立了传动系统弯-扭-轴耦合动力学模型,通过求解得到了传动系统轴承动载荷。以轴承动载荷为激励,采用FEM/BEM方法计算了齿轮箱噪声辐射,得到了齿轮箱声场声压分布云图与各场点噪声谱,对齿轮箱噪声的空间分布与频率成分进行了分析。就人字齿轮中间连接刚度与轴向定位刚度对减速器振动噪声的影响进行系统讨论,为减速器的减振降噪设计提供理论基础。     

平面近场声全息信噪比估计方法研究

针对全息面复声压信噪比对声场重构结果影响较大、往往不能直接测量问题,采用二维小波分析方法进行全息面信噪比参数估计,分析小波函数、分解层级对信噪比估计准确性影响,明确二维小波分析的参数选取,并以受简谐激励作用的四周无限大障板简支钢板为对象进行辐射声场全息重构仿真分析。结果表明,信噪比参数对实现准确声场全息重构十分重要,用二维小波分析方法进行全息面信噪比参数估计有效且可行。     

基于模态展开法的水下航行器辐射噪声远场预测方法研究

为了通过圆柱体表面离散声压或振速数据,实现对有限长圆柱壳体的辐射声场预测,提出"基于模态展开法的声场预测"算法。该算法将介质中有限长圆体的径向振动用轴向及周向模态表示,并建立各阶模态与全息面之间的传递函数矩阵,通过匹配全息面声压或振速来确定各阶模态系数;在此基础上,少量远场声压数据进行最小二乘意义下的参数匹配,获取最优的轴向及周向模态阶数,最终实现辐射声场的预测;通过点声源、圆柱体模型及船舶模型的数值仿真及消声室试验,验证了该方法的准确性和有效性。仿真及实验结果表明:与圆柱统计最优近场声全息方法相比,所提出的方法在全息孔径以外不会出现周期性虚像,适用于有限长圆柱体的辐射声场预测。     

齿轮减速器振动噪声预估公式定制方法研究

本文以船用人字齿轮减速器为研究对象,依据人字齿轮传动结构特点,综合考虑齿轮时变啮合刚度、误差、惯性力等激励以及人字齿轮轴向定位与滑动轴承支撑等因素,建立了传动系统弯—扭—轴耦合动力学模型,通过求解得到了传动系统轴承动载荷。以轴承动载荷为激励,采用FEM/BEM方法计算了齿轮箱噪声辐射,得到了齿轮箱声场声压分布云图与各场点噪声谱,对齿轮箱噪声的空间分布与频率成分进行了分析。就人字齿轮中间连接刚度与轴向定位刚度对减速器振动噪声的影响做出了系统的讨论,为减速器的减振降噪设计提供了理论基础。     

含区间参数的结构-声耦合系统可靠性优化设计

针对复合材料结构-声耦合系统,充分考虑系统本身及外载荷的不确定性,基于区间理论建立了相应的有限元分析方法及可靠性优化模型。首先,利用区间对不确定参数进行定量化描述,根据有限元网格推导含区间参数的结构-声耦合内场问题的有限-有限元方程;借助改进的区间泰勒展开方法,快速确定结构响应与声场响应的区间上下界;随后,基于区间可能度建立含不确定参数的耦合系统可靠性优化模型。数值算例通过层合板铺层角度和厚度的优化设计,验证了所建立可靠性优化设计模型及算法的有效性。     

汽车悬架液压衬套非线性动特性的实验与建模方法研究

在不同振幅位移激励下,测试了一汽车液压衬套的动刚度、滞后角随频率的变化特性。建立了液压衬套动态特性分析的非线性集总参数模型,基于模型,探讨了液压衬套橡胶主簧、惯性通道与液压衬套动特性之间的关系,计算结果与实验结果的一致,验证了计算模型分析的正确性。分析建立的集总参数模型,表明液压衬套在不同位移振幅激励下,存储动刚度具有不动特征点及在高频激励下动刚度趋于定值的特性。基于这种特性发展了模型参数的辨识方法,并对液压衬套集总参数模型中的参数进行了识别,利用识别得到的参数对液压衬套的动特性进行了计算,验证了识别得到的参数的正确性。     

城市轨道交通高架结构振动与声辐射研究

为研究城市轨道交通所引起的高架结构的振动及声辐射水平,采用有限元方法分别建立了连续梁桥的三维振动分析模型及二维声场分析模型,计算了当列车以60km/h的速度通过时桥梁的动力响应及辐射声压。通过频谱分析,声压频谱峰值除在160 Hz附近出现一个明显的峰值外,与振动频谱分布基本相同。相干性分析结果表明,连续梁桥控制90Hz以内的振动,将直接有效的控制辐射声压水平。通过改变桥梁阻尼、支座刚度、行车速度和车辆荷载等参数,计算分析了各参数对结构振动与噪声的影响程度     

结构-声场耦合系统区间鲁棒优化设计

以工程中普遍存在的结构-声场耦合系统为研究对象,充分考虑系统本身及外载荷的不确定性,基于区间理论建立了含有非概率不确定参数的区间有限元分析方法及区间鲁棒优化模型。首先,利用区间对不确定性参数进行定量化描述,借助泰勒展式提出了求解耦合系统响应范围的区间有限元分析方法。然后,引入鲁棒优化设计的思想,基于区间序关系和区间可能度,分别建立了含区间参数目标函数和约束条件的转换模型,原区间不确定性优化问题就转化为确定性的多目标优化问题。最后通过数值算例,进一步说明了本文所建立鲁棒优化设计模型及算法的有效性。     

区间痕迹下事故再现结果不确定性分析的改进仿射法

区间痕迹下事故再现结果亦为区间,当采用仿射算法分析再现结果不确定性时,因再现模型的非线性而会导致分析结果偏离真值。为提高不确定性分析的精度,借助泰勒展开式对仿射法进行改进。改进仿射法先对事故再现模型进行标准化处理,再对模型进行泰勒展开,得到理想的泰勒展开式;接着对泰勒展开式内的变量进行仿射转换,并用矩阵形式表达;用区间多项式上下界公式计算出事故再现结果的取值区间。进一步,给出了分析仿真再现结果不确定性的改进仿射法步骤,并用3个数值算例和一个真实案例验证所提出的方法,结果表明,改进方法能提高计算结果精度,且实用范围广,表明其能用于实践中。     

冲击载荷作用下舰艇管路系统全局参数灵敏度分析

为了分析影响舰艇管路系统冲击位移动响应的主要因素，进而为保证管路系统冲击载荷作用下的安全性提供措施建议，采用SoBol＇法对冲击载荷作用下一个二维的管路系统材料的弹性模量、密度，管壁厚、内径，以及支承刚度及位置，冲击作用间隔时间等参数进行了全局灵敏度分析，得出了单个或多个参数联合对管路系统冲击位移动响应的影响，并甄别出影响管路系统冲击动响应的关键参数。     

一种高频换能器的声场推算方法

以二维空间Rayleigh积分和二维平面声压构建技术作为理论基础,提出了一种高频换能器的声场推算方法。为验证该方法的正确性,对由4个压电元件所构成、频率1.8 MHz的矩形活塞换能器的声场进行实验测试和推算,以获得距换能器不同距离处的声压分布。在50 cm处,实测结果推算的最大误差为8.25%。在保证准确性的前提下,该方法有效提高了高频换能器的声场测量效率。     

不确定性动力学系统上随机载荷识别改进算法

针对不确定性动力学系统,提出一种基于随机有限元模型的随机动载荷识别改进算法。假设载荷作用位置和系统随机参数已知,且随机系统参数和随机动载荷均服从高斯分布,利用K-L展开和混沌多项式展开分别表示系统随机参数和随机响应,建立随机系统的动力学方程;依据仅由随机动载荷引起的系统随机响应协方差和仅有系统随机参数引起的系统随机响应协方差之间的关系式,由随机动响应样本识别随机动载荷的统计特性。针对一悬臂梁结构开展数值仿真研究和试验验证。结果表明:所提出的基于混沌多项式展开的识别改进算法比现有的识别算法在方差识别精度上有了较大幅度的提高,该方法在不确定性系统随机水平较高时仍具有较好的识别精度。     

考虑弹性隔板边界条件的柱形封闭腔结构-声耦合分析

通过在柱形腔体内的弹性隔板四周施加假想的弹簧系统,建立了考虑弹性隔板边界条件的圆柱形腔体内的声场模型。该模型利用汉密尔顿函数和声模态理论,充分考虑了弹性隔板与两个柱形腔体内声场之间的耦合以及弹性板的边界条件对腔体内声场的影响。通过算例分析表明在所研究的低频段,支承弹性板的旋转弹簧刚度对腔体内声场与弹性板之间振动耦合的影响弱于线弹簧刚度,由腔体1的内声场引起的弹性隔板的振动速度受线弹簧刚度的影响要甚于旋转弹簧刚度;腔体2内的平均声压随支承弹性隔板的线弹簧刚度的增大而增加,而旋转弹簧刚度的变化对声压的影响较小。本文的研究为工程中柱形腔体内设置有弹性板的结构噪声分析和控制提供了一定的理论依据。     

人字齿轮减速器振动噪声影响因素仿真分析研究

以单级人字齿轮减速器为研究对象,综合考虑轮齿时变啮合刚度、误差、滑动轴承刚度及阻尼的影响,建立了传动系统动力学模型。通过傅里叶级数法求解,得到了轴承动载荷时域历程与频谱。以轴承动载荷为激励,采用FEM/BEM方法计算了减速器辐射噪声,得到齿轮箱声场各场点的噪声谱,分析了齿轮箱固有特性与激励各频率成分对辐射噪声的影响。对多工况下齿轮箱辐射噪声进行了计算,讨论了负载、啮合刚度波动及误差对减速器辐射噪声的影响,得到了辐射噪声随负载、啮合刚度及齿轮误差的变化规律,为减速器的减振降噪设计提供了理论依据。     

矢量线阵二维波达方位估计的方法

声矢量传感器南声压传感器和质点振速传感器组成,它可以空间共点、时间同步测量声场的声压标量和振速矢量信息。钏对声压线阵无法同时分辨目标的方位角和俯仰角,而三维矢量传感器线阵会带来成本的增加和工程应用上的困难．利用二维矢量传感器组成的直线阵对目标的二维波达方位进行联合估计,详细推导了矢量阵MUSIC算法的数学表达式,并着重对矢量线阵在三维坐标不同轴上时对方位估计的影响进行了研究。仿真结果表明二维矢量线阵布放在水平的X轴或Y轴上时存在方位模糊．而布放在垂直的Z轴上时可以实现全空间无模糊定向,且对双目标也有较高的分辨率。     

单级人字齿轮减速器振动噪声影响因素研究

本文以船用人字齿轮减速器为研究对象,依据人字齿轮传动结构特点,综合考虑齿轮时变啮合刚度、误差等激励以及人字齿轮轴向定位与滑动轴承支撑等因素,建立了传动系统弯-扭-轴耦合动力学模型,通过求解得到了传动系统轴承动载荷。以轴承动载荷为激励,采用FEM/BEM方法计算了齿轮箱噪声辐射,得到了齿轮箱声场声压分布云图与各场点噪声谱。系统讨论了人字齿轮基本参数(包括齿顶高系数、顶隙系数、齿宽、螺旋角及压力角)以及减速器结构特征（人字齿轮中间连接刚度、轴向定位刚度）对减速器振动噪声的影响,为减速器的减振降噪设计提供了理论基础。     

非概率不确定性及其对船舶坐墩配墩优化的影响

讨论了船舶坐墩配墩设计中存在的非概率不确定性及其描述。提出了一个非概率不确定性条件下船舶坐墩支墩配置优化设计的数学模型。着重分析了船体梁载荷和支墩组合刚度不确定性对设计结果的影响。计算结果表明,考虑参数不确定性后,配墩方案发生了变化,支墩结构重量也有所增加。增加的支墩材料是用于提高结构物抵抗不确定性参数波动变化的能力。相对于船体梁载荷不确定性,支墩组合刚度不确定性对设计结果的影响较大。     

轴向载荷条件下弹性边界约束梁结构振动特性分析

采用改进傅里叶级数展开建立了轴向载荷条件下弹性边界约束梁结构振动分析模型。通过在梁结构两端引入平动和旋转位移约束弹簧,相应设置约束弹簧刚度系数可以实现对任意边界条件及其组合的模拟。梁结构振动系统位移场采用傅里叶级数附加边界光滑函数进行构建,利用能量原理建立轴向载荷作用下梁结构总动能、总势能和外力做功项,并结合瑞利-里兹步骤获得系统特征矩阵方程。通过数值算例,验证了该模型对不同边界条件、轴向载荷作用下梁结构振动特性分析的正确性与可靠性。在此基础上,研究了边界约束弹簧横向刚度、旋转刚度、轴向载荷等系统参数及激振力对梁结构振动特性的影响。该模型具有高效、高精度等特点,为研究轴向载荷作用下复杂边界条件梁结构振动行为提供了有效分析手段。     

电动汽车-路面系统机电耦合建模及非线性振动分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量增大,导致轮胎动载荷增加,同时电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励,车轮振动进一步加剧汽车振动。鉴于此,考虑电机的电磁激励,建立了5自由度电动汽车-路面系统机电耦合非线性动力学模型,推导了路面振动引起的二次激励,分析了电动汽车的振动响应受路面不平顺、电机激励、路面二次激励综合作用的影响规律,以及车速和非线性参数对汽车响应的影响。结果表明:电机激励对非线性汽车模型的轮胎动载荷和车体加速度影响最大,悬架动挠度和俯仰角加速度的影响次之,座椅加速度的影响较小;在考虑电机激励的综合作用下,非线性模型对汽车响应的性能指标明显优于线性模型,尤其以轮胎动载荷最为显著;汽车系统的非线性参数中,悬架刚度平方非线性系数对汽车响应的影响最大,悬架阻尼不对称系数和轮胎非线性刚度系数的影响次之,悬架刚度立方非线性系数的影响最小。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车动力学分析提供参考与理论支持。     

声场计算模型的环境宽容性分析

浅海水声环境容易受到各种因素的影响,导致其环境参数具有很强的不确定性,依据环境宽容性选择快速、精确的声场计算模型是保证后续研究分析正确性的重要前提。以海水声速为例,简述了基于传播损失和声场互相关系数的计算模型环境宽容性分析方法。为定量描述环境和声场计算模型的失配情况,在研究浅海不确定环境对于声场空间相关性影响的基础上,结合水声环境不确定性推理模型,得到声场空间相关半径和传播损失概率分布可信区间,提出利用声场空间相关半径相对值来度量声场计算模型的环境宽容性,同时利用非嵌入式随机多项式展开(NON-Polynomial Chaos Expansion, NPCE)法,结合差值评定方法对得到的环境宽容区间进行验证,结果表明,利用声场相关半径相对值可以定量分析不确定性环境下声场计算模型的宽容性。