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。     

基于声辐射模态模型求解声功率灵敏度

声功率灵敏度分析揭示了结构振动引起的辐射声功率与结构设计变量之间的关系。通过利用声辐射模态模型来处理声辐射环节,利用有限元振动模型来处理结构振动环节,从而提出一种新的声功率灵敏度求解方法。在带障板的加筋板声辐射模型中,采用较常用的瑞利积分模型处理辐射环节的方法对其进行了验证。最终验证了这种方法的可行性。     

复合材料层合板声功率及灵敏度研究

采用分层理论结合有限元模型分析复合材料层合板结构的振动特性,并用声辐射模态理论进行结构声辐射分析。在此基础上,分析声功率关于设计参数的灵敏度,推导声功率灵敏度的表达公式。以四层复合材料层合板为例,着重对声功率关于层合板结构铺层角度和铺层厚度的灵敏度进行了分析研究。数值计算结果显示在层合板基频处,辐射声功率达到最大值,同时在该处灵敏度有明显的升降过程。另外,对于低噪声层合板应以±45°对称的铺设将是最为恰当的设计方案。     

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。     

基于声辐射模态的粘弹性阻尼板声功率最小化研究*

为了减小薄板结构振动辐射的噪声,在重量约束下进行了声功率最小化研究。利用有限元振动模型来处理结构振动环节,利用声辐射模态模型来处理声辐射环节,用可行方向法进行了优化设计研究。以一矩形粘弹性阻尼板为例,得到了阻尼重量约束下板的声功率最小化模型,结果表明在满足重量约束条件下能够达到明显的降噪效果。     

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。     

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。     

动力吸振器对薄板声辐射效率的调控特性

薄(壁)板结构是飞机、高铁、船舶等工程中最常见的结构。薄板结构受到外部动力源的激励不可避免地引起振动噪声超标的问题。动力吸振器相比于表面加筋和敷设阻尼材料等减振降噪方法,具有参数可设计、频率针对性强等优势。然而,目前关于动力吸振器对薄板结构声辐射的调控特性分析并不充分,很多研究人员以及工程师笼统地认为,利用动力吸振器来减小薄板结构振动就可完全达到最好的抑制声辐射效果。实际上,动力吸振器对于薄板结构的声辐射效率的调控会直接影响其抑制声辐射的效果。本文研究了动力吸振器对薄板结构声辐射效率的调控特性,从理论上推导了含有动力吸振器的薄板结构声辐射效率计算方法,并利用数值计算方法分析了动力吸振器的声辐射效率调控特性。动力吸振器的安装,能对薄板结构在吸振器工作频率附近的模态振型和模态频率产生明显的调控作用,从而对声辐射效率产生调控作用。通过调谐动力吸振器的质量和频率,能够降低薄板结构目标模态的频率,或者改变对应的模态振型,实现对声辐射效率的抑制效果。     

约束阻尼板结构振动声辐射优化

根据经典薄板理论,建立约束阻尼板有限元模型,将其视作镶嵌于无限大刚性障板,利用Rayleigh积分法推导结构的辐射声功率及灵敏度表达式。以一阶峰值频率或频带激励下的声功率最小化为目标,约束阻尼材料体积分数为约束条件,建立拓扑优化模型,采用渐进优化算法,编制了优化计算程序,获得了约束阻尼材料的最优拓扑构型,并与全覆盖板及基板的辐射声功率进行了对比。研究表明：以声功率最小化为目标,对约束阻尼材料布局进行拓扑优化,能有效抑制结构的振动声辐射,为结构低噪声设计提供了重要的理论参考和技术手段。     

复合材料层合板的声辐射模态幅值分析

低频时, 控制振动结构第一阶声辐射模态伴随系数可有效控制总声功率。通过分层有限元模型可以求解层合板的位移模式。对层合板的固有频率和动态响应进行了理论推导。结合声辐射模态理论, 研究了层合板铺设角度、 弹性模量比、 跨厚比以及阻尼比等结构参数对层合板结构第一阶声辐射模态伴随系数的影响。计算结果表明, 分层理论结合有限元方法可以较准确地计算层合板固有频率, 而且铺设角度和跨厚比对层合板结构声辐射模态影响较大。     

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。     

敷设二维周期块状阻尼结构的薄板声辐射数值计算

本文借助有限元和边界元的数值算法,针对特定的薄板结构,探讨敷设二维周期块状阻尼结构对薄板声辐射特性的影响。数值计算结果表明,在特定频段内,敷设二维周期块状阻尼结构的薄板辐射声能量要小于敷设传统等面积的整块自由阻尼结构。同时,适当增加阻尼敷设面积及块状阻尼的结构周期数能有效降低薄板声辐射。     

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。     

高速旋转柔性矩形薄板的动力学建模和近似算法

研究了做高速旋转柔性矩形薄板的耦合动力学建模理论和模态截断法的应用.从连续介质力学中关于柔性薄板的变形理论出发,找出了由于在结构动力学中对无大范围运动柔性薄板的动力学性质影响很小而被忽略的变形量.基于Jourdain速度变分原理,先推导出做高速旋转薄板的动力学连续变分方程,再用有限元法对柔性薄板进行离散.因为用有限元离散时,柔性薄板的广义坐标规模较大,故仿真计算需要时间较长,所以模态截断法被用来缩减广义坐标数量,提高计算效率.此外通过对有限元法和模态截断法的计算结果进行比较,揭示了当矩形薄板作高速旋转时,模态截断法截取低阶模态时会引起误差,选取更高的模态可以用来提高计算精度,通过数值对比得到了模态截断的规律.