驾驶室外声场分析的边界元法与无限元法

车外噪声是产生环境噪声的重要因素,驾驶室外声场的数值分析能够为控制噪声提供理论参考。介绍外声场分析的边界元法和无限元法两种数值方法的基本理论,研究声固耦合问题分析的流程,包括无限元法与有限元法耦合、有限元法与边界元法耦合。以拖拉机驾驶室模型为例,对驾驶室外声场进行数值分析,分析结果表明两种方法计算的声场结果基本一致,都能有效地分析驾驶室外声场,指导驾驶室结构设计。     

基于EMAT的三维声场断层扫描测量方法研究

不同电磁超声换能器(EMAT)的辐射声场分布特性不同,为了保证检测的有效性,需要对其声场分布进行准确测量。为测量固体金属材料中超声横波辐射声场的分布,采用针式EMAT作为测量超声横波声场的换能器,研究了基于断层扫描方式测量并重构三维辐射声场的方法。进一步建立了三维声场断层扫描测量实验系统,分析了测量系统的误差,并提出测量数据的补偿方法。实验测量了环形线圈EMAT在激励频率3.5 MHz时的辐射声场分布,获得其在铝和20#钢中的三维辐射声场,并分析得到其近场距离约为8 mm。结果表明该方法可有效地呈现超声横波在固体金属材料内部不同深度截面的声场分布,并对其处理可以获得待测EMAT在固体中的三维辐射声场分布。     

用于循环平稳信号分析的偏相干方法

在循环平稳过程理论的基础上,提出一种用于分析循环平稳声场的偏相干方法－循环偏相干方法。传统的偏相干方法以二阶统计量为基础,在用于分析循环平稳声场时,由于忽略了循环平稳声信号的特殊的非平稳特性,无法反映此类声场的某些特征。循环偏相干方法采用二阶循环统计量理论取代普通的二阶统计量,将之用于循环平稳声场的部分声场分离时可以得到部分声场的循环谱密度分布,可以在不同的循环频率上反映声场的不同特征,而这些特征在功率谱密度上则混在一起,无法清晰地反映出来。因此,与只能得到部分声场功率谱密度分布的传统偏相干方法相比,该方法可更清晰地了解循环平稳声场中各个声源的特性。数字仿真结果验证了该方法的有效性和可行性。     

壳结构声场耦合分析的光滑有限元-有限元法

为提高壳结构-声场耦合分析的计算精度,将光滑有限元法(smoothed finite element method,SFEM)推广到壳结构-声场耦合问题的结构域分析中,推导了光滑有限元-有限元法分析壳结构-声场耦合问题的计算公式。结构-声场耦合系统方程在结构中用位移法表示;在流体中用声压法表示。在结构域中应用分区应力光滑技术,提高了弯曲刚度矩阵和膜刚度矩阵的计算精度和效率;在流体域中应用标准有限元模型进行分析。以六面体声场-结构耦合模型和简化的微车声固耦合模型为研究对象,结果表明,与有限元相比,该方法在分析结构-声场耦合问题时具有更高的精度。     

AlN超声换能器声场的仿真分析

超声换能器声场性能是换能器优劣的一个重要指标,对声场中的一系列理论进行了分析推导,分别对换能器声场进行频域和瞬态分析。频域分析中研究了声压、声压级随频率变化规律、油液区域中声场的分布、衰减的问题。瞬态分析中展示了声波在油液域的传播过程,对比了声信号在换能器两侧的传播,分析声波在各个反射界面的强度变化。结果与理论分析一致性较好,为后续利用设计制作换能器提供一定的依据。     

6KV高压室爆炸事故的原因分析

2008年11月29日，辽宁省辽中县（2×8750kw）厂房6kV高压室突然响起爆炸声，紧接着一阵短路电弧爆裂声，6kV高压室冒出浓烟，厂用电消失，中控室控制台各开关的位置指示灯无指示，运行中的一号发电机定子电流表瞬间顶表，无功进相，     

时域有限差分法在超声波声场特性分析中的应用

超声波无损检测结果与超声波换能器的声场特性密切相关,运用数值方法可以有效地进行超声波声场特性分析。介绍时域有限差分法(Finite difference time domain method,FDTD),分析二维流体运动方程并建立相关有限差分模型,使时域宽带超声波信号的分析更易于实现;应用完全匹配层(Perfect matched layer,PML)方法对FDTD计算的边界进行吸收处理,取得了理想的边界吸收效果;通过数值计算和仿真,研究超声波声场传播特性及圆盘声源声场分布特性,与相关文献的对比表明该算法有效可行;对脉冲波信号激励的聚焦超声波换能器分别进行有限差分法数值仿真和实际测量试验,声束轴向切面的声场分布试验结果表明两者的分布特性有很好的一致性。研究结果为超声波声场特性分析提供一种新方法。     

理想声源辐射声场的数值分析

通过声场的特性和规律分析可以识别和定位噪声源,对噪声控制以及声源的设计提供参考。数值方法是求解有源声场的重要工具,复杂的声辐射一般可分解为简单的声辐射叠加。研究了单极子、偶极子、活塞等几种理想声源辐射声场的解析解,并用有限元法计算数值解,得到相应的辐射声场,包括声压、速度、指向性等量,有限元法得到的数值结果与解析解吻合;利用有限元法计算了点声源的线性阵列与平面阵列等典型的叠加声场。对各种声源的特性和辐射声场的规律以及在工程领域中的应用进行了归纳。     

跑道形线圈EMAT有限元建模与声场特性研究

跑道形线圈是EMAT的一种重要线圈类型,由其构成的EMAT在超声测厚及探伤中具有重要应用,同时它也是EMAT阵列换能器的主要阵元类型。辐射声场特性是电磁超声换能器重要特性之一,研究跑道形线圈形状尺寸对其构成的EMAT辐射声场的影响规律,是对换能器进行设计和开发检测工艺的基础。利用有限元仿真软件建立跑道形线圈EMAT的电-磁-声多场耦合模型,对其辐射声场进行了仿真建模计算,分析了跑道形线圈EMAT辐射声场特性及线圈宽度对其辐射声场的影响规律,并搭建了EMAT辐射声场试验测量系统,测量了跑道形线圈EMAT的辐射声场。研究结果表明跑道形线圈EMAT辐射声场整体呈现蝶形分布,且随着线圈的整体宽度变大,由其构成的EMAT的辐射声场幅度值随之增高,而声场宽度随之变窄。     

驻波型热声制冷机板叠温度分布的研究

基于驻波线性小振幅声场,从理论上分析了驻波声场板叠上温度分布,并用流体软件Fluent对板叠温度进行模拟仿真,由理论和仿真可知,驻波声场中板叠可以形成温度梯度而且无限长板叠上会形成高温低温交替出现的温度梯度。     

随钻声波发射换能器宽频阻抗匹配设计及实验

发射换能器是随钻声波测井仪器的核心部件,其工作带宽及辐射声波能量的强弱是仪器的关键技术指标。换能器是一个非线性容性负载,可以采用阻抗匹配的方式增强有功功率并拓宽工作频带。本文将换能器多模态等效电路与阻抗匹配网络结合,利用电路网格方程对元件参数进行求解。最终在消声水池进行声场测试,观测换能器有功功率、声场辐射声压、发射电压响应等电、声特性,综合评估阻抗匹配网络的效果,为后续的随钻仪器研发及实验测试提供帮助和指导。实验结果表明,本文所设计的阻抗匹配网络能够明显改善换能器的声波辐射性能,频带宽度拓宽3.3倍,有功功率提高1.7倍,声压增强1.8倍,发射电压响应提高5 dB,在12～16 kHz的频带内发射电压响应最高可达125 dB。     

基于模态叠加法的声固耦合噪声仿真与实验

在ANSYS中建立了长方体箱体的有限元模型,并计算结构模态。将有限元模型和结构模态导入Virtual Lab,计算空腔声模态,用模态叠加法计算耦合声场对激励的响应,得到了声压级分布云图和场点频率响应曲线。设计了长方体箱体的振动噪声实验,将声卡采集得到的噪声信号在Matlab中进行傅立叶分解,得到声场内一点对激振频率的响应曲线。仿真数据与实验数据有较好的一致性。     

应用近场声全息方法对噪声源的实验研究

本文介绍了可视化空间声场和定位噪声源的一种强有力工具———近场声全息技术,对理论研究方法进行了概括阐释,并通过试验研究的方式高精确的辨认来源以及邻近声场。最后精确的将声压,质点振速以及声强矢量等声学信息绘制到3D图像中,对声场进行重建。     

全地域机动车驾驶室声学特性分析

以某全地域机动车驾驶室为研究对象,建立驾驶室的有限元模型,验证了有限元模型的有效性。以此有限元模型为基础构建驾驶室谐响应模型,进行谐响应分析,发现驾驶室后壁板的振动是引起驾驶室内部噪声的主要原因。研究驾驶室内部噪声特性,分别进行了声学空腔模态分析和声固耦合模态分析,发现声固耦合系统声压分布比较均匀,大部分呈现局部模态,主要原因可能是驾驶室后壁板的振动。通过驾驶员耳旁声压分析发现增加驾驶室后壁板的厚度,可以在一定程度内降低驾驶室内部噪声对驾驶员的影响,为同类驾驶室通过依靠结构改进来改善声场环境提供了案例依据。     

离心泵流动诱导噪声的数值预测

通过计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)结合声振耦合求解方法针对一离心泵所产生的流动诱导噪声在泵壳外部的辐射情况进行数值预测。蜗壳内壁面上的非定常压力脉动监测值显示出蜗舌附近区域的脉动幅值较大,而在远离蜗舌位置处的脉动相对变化较小,在叶片扫掠频率及其谐频下的压力脉动要明显高于其他频率。通过声振耦合计算之后得到的泵壳外部声场辐射结果来看,当斯特劳哈尔数Sr=4时,由于该处所对应的压力脉动频率与泵壳结构的第四阶固有频率接近,可能会在声场与结构之间发生小幅共振,进而使得外场辐射噪声较大,也说明泵壳结构的振动模态对声场计算结果影响十分显著。通过外场监测点上叠加后的总声压级结果显示,各点基本上在60 dB上下波动,外场噪声辐射是泵内流体的压力脉动与壳体结构模态综合作用的结果。     

近场声全息试验用于医用制氧机噪声控制

为了降低家用制氧机的运行噪声,采用了近场声全息技术进行制氧机噪声场数据采集和声场重建.根据声压频谱图、声压辐射云纹图、声速频谱图、空间声速分布图以及时间/频率/声压图谱等可视化信息,选择了针对声源、传播途径的隔声罩、涂敷阻尼胶、石膏板吸声和加装部件减振胶垫等简单有效的噪声控制措施.试验表明,近场声全息技术是一种有效地进行噪声源控制和声辐射特性研究的重要工具.     

拖拉机驾驶室壁面吸声降噪量的理论计算

本文在对驾驶室内声场特性进行分析的基础上,提出了驾驶室壁面进行吸声降噪处理后,耳旁噪声A声级降噪量的理论计算方法。通过TY354拖拉机试验验证,理论计算值与实测值吻合良好。     

Application of similar source method for noise source identification

Similar source method (SSM) has been developed to describe interior and exterior sound field by Too et al. [G.-P.J. Too, TK Su, Estimation of scattered sound field via nearfield measurement by source methods, Appl. Acoust. 58 (1999) 261–281]. The application can be used for arbitrary boundary conditions in terms of acoustic impedance. In the present study, a modified version of SSM is developed to describe the sound pressure distribution in a planar surface. In addition, a signal processing procedure is developed to identify noise source locations. This procedure contains a power spectrum analysis and acoustic holographic analysis to identify different source locations. Several test examples are shown to verify this approach.     

夹心式压电超声换能器声场分析

对谐振频率为28.4 kHz的夹心式压电超声换能器声场进行仿真分析,研究空化气泡对声场分布及噪声的影响。以COMSOL软件压力声学接口为基础,对换能器进行瞬态分析,观察有无空化气泡时空间内的声压分布情况,对比两种情况下截点位置的声压变化曲线及频域分布曲线。通过试验对仿真结果进行验证,确认空化气泡的存在增强了空间中的声场,使水中最大声压值由8×104 Pa增大至2.5×105 Pa,空气中最大声压值由80 Pa增大至140 Pa。水中的高声压区集中在空化区域内,空化区域后方的声压减弱。与此同时,空化气泡使空气中的低频噪声增加,截点位置的声压幅值由原来的2 Pa增大至4 Pa。     

齿轮箱声固耦合系统面板贡献度分析

针对某型齿轮箱,提出一种基于声学贡献度分析的减振降噪设计方法.建立了齿轮箱有限元模型,计算其结构模态.将齿轮箱有限元网格作为结构网格和声学边界网格,在LMS Virtual.Lab下用边界元法求解真实工况激励下的辐射声场.利用声学贡献度分析,找到贡献度最大的面板,修改其设计参数.修改结构后,声场中某点噪声峰值降低8.2...