三弹性圆柱壳体多重耦合声辐射计算方法

为研究多圆柱壳组合结构的声辐射特性,采用模态叠加法建立了3个并排无限长弹性圆柱壳的振动声散射耦合物理模型,充分考虑了三圆柱壳的表面振动与散射声场的耦合,其中散射声场可分解为各圆柱壳刚性散射声场和弹性辐射声场的叠加,数学上将各壳间的声场耦合关系通过柱函数加法公式描述。利用该物理模型,分析了多重散射对稳态声场求解结果的影响,比较了三圆柱壳耦合系统与单个圆柱壳系统的辐射声场指向性、声压级及辐射声功率级的差异及其产生机理,结果表明:结构弹性耦合声辐射不仅在低频对总声场有显著影响,在高频范围也不可忽略;另外,针对本文设定参数的组合圆柱壳,在150 Hz以上频段,两旁圆柱壳对中间圆柱壳在正横方位产生了声辐射遮蔽效应,垂直方位则体现声泄漏作用。本文建立的方法可推广到三维空间任意多壳结构的声振耦合建模。     

水下弹性球体对Bessel波束散射的计算及分析

以弹性球体为例,分析Bessel波束入射到水下物体时的声散射。将水下弹性球体声散射场的分波序列计算公式加以推广,应用于Bessel波束入射的情况。借鉴平面波散射的模式,通过几何分析指出了Bessel波束入射下镜反射波和Franz波干涉所形成的反向散射形函数上的峰一峰间隔与波束特征参数β的关系,并首次给出了峰峰间隔的预报公式。同时,采用共振散射理论对每阶分波的弹性散射单独分析,深入研究了β对纯弹性共振的影响,发现通过选取特定的β可以使相应阶分波的弹性散射贡献被消除,从而使在反向散射中对应频率及其附近处的共振得到显著的抑制。     

降低加肋双层圆柱壳辐射噪声线谱的结构声学设计

为降低双层圆柱壳辐射噪声线谱,从控制内壳振动响应和衰减壳间振动传递率进行结构声学设计。采用机械阻抗理论分析了环肋圆柱壳模态响应控制机理;由环肋振动方程推导分析了环肋径向机械阻抗特性;基于阻抗失配、波形转换原理提出一种阻抗加强环肋,分析了振动波阻抑特性;利用阻尼减振技术,综合考虑肋板的刚度、阻尼特性,设计了金属橡胶层叠肋板;结合数值计算实例,分析了设计双层壳模型的声辐射性能。结果表明:设计的双层加肋圆柱壳结构能有效降低辐射噪声线谱,在分析频段内辐射声压线谱平均降低约6.6 dB。研究结果对研制低噪声水下航行器具有良好的工程价值和应用前景。     

改进的半空间频率均方声压法计算结构频带振动声辐射

为计算中高频半空间结构频带振动下声辐射问题,推导了基于能量源的半空间频率均方声压法(Frequency Averaged Quadratic Pressure, FAQP),并提出了改进的半空间FAQP法,克服了半空间FAQP法在失效频率下解不唯一的问题。频率带宽为4 Hz的刚性壁面作用下的脉动球和与自由表面相接触的脉动半球的声辐射数值计算,验证了改进的半空间FAQP法对解决失效频率下解不唯一问题的有效性。同时,刚性壁面作用下的脉动球和与自由表面相接触的脉动半球声辐射数值计算结果均表明,在1/3倍频程下,改进的半空间FAQP法与常规边界元方法相比,具有更高的计算精度,更适用于中高频计算。     

饱和地基中埋置刚性圆柱基础的等效 竖向动力刚度

运用Biot动力方程,考虑基础侧面和地基的相互作用,研究埋置于饱和地基中有质量的刚性圆柱基础在竖向简谐激振力作用下的动力响应问题.基底以上的土被视为由若干圆形极薄层组成的独立饱和层,基底以下的土视为饱和半空间,且不计上覆土层的覆盖效应.土与基础在四周及基底处紧密接触且接触面是完全透水的.采用Hankel积分变换并结合基础与地基接触面的混合边值条件,得到饱和地基中刚性圆柱埋置基础的等效竖向动力刚度的表达式.为验证所获结果的正确性,计算地基为弹性土时埋置刚性圆柱基础的等效竖向动力刚度曲线,并与已有文献中的结果作对比.数值分析结果表明:量纲一的激振频率对饱和地基中刚性圆柱埋置基础的等效竖向动力刚度的实部和虚部值有很大影响;随着基础埋深的增加,等效竖向动力刚度的实部和虚部值线性增加;渗透系数对等效竖向动力刚度的影响较大,且随着量纲一的激振频率的增加,渗透系数对动力刚度的影响越来越明显.     

城市轨道交通全封闭声屏障近地面降噪性能分析

为研究城市轨道交通全封闭声屏障近地面降噪性能,在全封闭声屏障降噪原理的基础上,以宁波轨道交通1号线高架桥为研究对象,对无全封闭声屏障高架断面及有全封闭声屏障高架断面进行了对比测试及数据分析,对全封闭声屏障的综合降噪效果及分频段降噪效果进行了分析,并得到了全封闭声屏障降噪的特征频率段。研究结果表明,全封闭声屏障具有优良的近地面降噪性能,距轨道中心线水平距离7.5 m,22 m及55 m处近地面测点的等效连续A声级插入损失都在7 d B以上,最高达13 d B;1/3倍频程线性计权频谱图表明,全封闭声屏障近地面降噪的特征频率段为50~80 Hz,315~1 000 Hz以及2 500~3 150 Hz,其中,315~1 000 Hz频率范围内的降噪百分比最大。     

Bessel驻波对椭球形液滴的声辐射转矩

在实际的声操控中,由于声辐射力、表面张力和重力的共同作用,液滴往往呈现出椭球的形状,在螺旋声场中会受到力矩的作用而发生转动。从声波的散射理论出发,根据部分波展开法求解得到了椭球形液滴在Bessel驻波场中的声散射系数,并给出了其受到的声辐射转矩的解析式。在此基础上,对椭球形不可压缩液滴和椭球形可压缩液滴分别进行数值计算。仿真结果表明,不可压缩液滴的声辐射转矩与声束半锥角的关系更密切,而可压缩液滴则更依赖于特定的频率;提升Bessel驻波场的阶数有利于增强声辐射转矩的峰值,但在中低频处较难对可压缩液滴产生明显的力矩。该研究结果预期对利用螺旋声场进行液滴的操控具有理论指导作用。     

Janus-Helmholtz换能器的弱辐射耦合机理与带宽特性

针对Janus-Helmholtz (JH)换能器频带内响应起伏较大、模态耦合机制尚不明确的问题,提出了振动模态声辐射独立建模方法。该方法建立换能器各个振动模的独立有限元模型,在仿真计算中将位移载荷直接加载在辐射面上,分析振动模的辐射声场。通过各个结果的对比分析,观察到JH换能器声辐射模态的弱耦合规律,最终给出JH换能器带宽特性的合理物理解释,即JH换能器在同一纵向振子激励下,由于不存在声输出明显干涉加强的模态耦合,因此难以得到通常意义上响应起伏小于3 dB的宽带工作性能。以控制工作频带内响应起伏较小为前提,将拓宽工作频带作为设计目标,优化设计了 JH换能器结构参数。实验中换能器样机的发射电压响应测试结果与仿真计算相吻合,实测谐振频率为1350 Hz与2450 Hz,谐振频率下发射电压响应分别为143 dB,141 dB,在频带1200～3300 Hz范围内响应起伏12 dB,最大声源级204 dB,实现了宽带大功率发射的特性。     

随机起伏冰面三维声散射的Kirchhoff近似数值计算模型

针对随机起伏冰面的声散射问题,建立了随机起伏冰面三维声散射的Kirchhoff近似数值计算模型。利用Delaunay三角剖分方法对随机起伏冰面进行三角面元剖分,然后采用Z-buffer算法进行面元的遮挡消隐,得到处于声波照射亮区的面元,最后采用Gordon面元积分的板块元方法计算得到随机起伏冰面的散射强度。数值计算模型中,将冰面认为是局部阻抗表面,直接代入起伏冰面局部反射系数进行散射声场的计算,避免了解析计算模型中对反射系数的近似处理。对比分析了数值和解析计算模型在小粗糙起伏冰面、大粗糙起伏冰面及不同声波入射角和不同声波频率时的散射强度。相比解析模型计算结果,数值模型计算结果与实测结果更吻合。     

高速铁路简支箱梁结构噪声的边界元方法

将列车-轨道-桥梁耦合振动理论与声辐射分析的边界元法相结合,以高速铁路32 m简支箱梁为研究对象,分析桥梁结构声辐射频谱特性、传播规律和各影响因素。结果表明:采用板单元进行桥梁结构动力分析能更好地揭示其局部振动特性;桥梁结构噪声以低频为主,分布在f≤200 Hz的频带内,适于用边界元法求解其声辐射特性;由于地面对声波的吸收和反射作用,在桥梁结构噪声研究中应考虑地面对声波的影响;声屏障会改变桥梁上部声场分布,但对桥梁远场声压级影响不大;列车速度越高,桥梁结构噪声越大,但并非单调增加,在某些速度出现峰值;墩身高度对桥梁上方声场影响不大,对桥梁正下方距地面相同高度处影响较大。