两端用圆板封口的环肋柱壳振动声辐射性能分析

研究两端用圆板封口的环肋圆柱壳结构在流场中的振动声辐射特性,着重分析了由环肋圆柱壳和端部圆板所围空腔的内部声场对整个系统结构振动和声辐射的影响.基于扩展的Rayleigh-Ritz法,利用Hamilton变分原理推导出圆柱壳与圆板的耦合振动方程.考虑了静水压力的影响,环肋圆柱壳与端部圆板之间采用二自由度弹簧模拟弹性连接的等效刚度.环肋圆柱壳声辐射的研究中,用Helmholtz波动方程和流固交界面上的速度相容条件求得壳体表面辐射声压的表达式,该表达式对有限长圆柱壳进行Fourier积分变换得到壳体外表面辐射声压的解;用Green函数法来求解环肋圆柱壳和端板所围空腔的内部压力场.     

加筋圆柱壳声辐射特性研究及声学优化设计

为研究全频段加筋圆柱壳声辐射特性,基于VA-ONE建立FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法低中高全频段的计算模型,并进行加筋圆柱壳辐射声功率的计算,从结构固有模态角度研究了各阶模态的声辐射效率。结果表明,加筋能够减小圆柱壳结构的总体辐射声功率,尤其可以减小低频段的辐射声功率;在中低频区,各阶模态的模态辐射效率具有较大差异,在中高频区,则相差不大。进一步研究了激励位置、壳厚、材质及辐射介质对加筋圆柱壳声辐射特性的影响。为减小加筋圆柱壳对外场点的辐射声功率,基于NCT模块及Design Optimization模块进行声学优化设计,结果表明,将GA算法与SQP算法或MMA算法组合使用不仅可以减少运算时间,而且可以获得较好的优化方案。     

无限长双层加肋圆柱壳水下声辐射解析计算

建立了无限长双层加肋圆柱壳水下声辐射解析计算方法,计算模型采用了Donnell壳体理论,考虑环肋、舱壁和实肋板对内外圆柱壳径向反作用力,利用傅氏变换和模态展开在波数域建立了这种计算模型的声弹耦合控制方程.文中推导了所有结构部件以及水介质的速度阻抗表达式,利用稳相法得到远场辐射声压.计算表明,实肋板和舷间水都是重要的声传递通道,在双层圆柱壳水下声辐射计算时必须考虑实肋板和舷间水的振动传递,双层圆柱壳水下声辐射对结构参数(壳板厚度、舷间距离等)变化不敏感.     

基于非协调边界元法的声辐射模态分析

利用非协调单元离散声学Helmholtz边界积分方程,采用极坐标变换法消除积分奇异性,通过CHIEF方法加Lagrange乘子法处理特征频率处解的不唯一性。在此基础上,应用非协调单元推导结构的声辐射功率和声辐射效率的表达式。以脉动球和辐射立方体为例,计算结构的声辐射功率、辐射效率、辐射模态、辐射模态效率等物理量,并与协调单元的计算结果做比较,取得较好的一致性。     

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。     

降低双层加肋圆柱壳低频噪声的声学设计技术

通过增大双层加肋圆柱壳的刚度降低低频噪声，使用数值仿真技术，评价结构的声学性能，发现增大双层加肋圆柱壳结构刚度，可在低频段有限频率范围降低结构的振动与声辐射。采用增大局部结构刚度的方法，对于降低水下结构的局部振动与低频噪声辐射效果显著。     

加肋圆柱壳水下声辐射数值分析几个问题研究

利用通用数值分析程序以及解析方法计算了单个舱段以及三个舱段单层加肋圆柱壳水下声辐射,获得了结构表面振速到远场辐射噪声的传递函数,对数值分析程序以及解析方法计算结果进行了分析比较,结果表面一个舱段结构和三个舱段结构辐射声场以及传递特性是不同的,采用一个舱段结构模型模拟多个舱段结构水下声辐射特性是不行的.采用了不同密度网格进行计算,结果表明粗网格也可以获得较好计算结果.     

敷设手性覆盖层加筋梁低频振动和声辐射特性

基于结构声辐射机理可知,在低频区域结构的声辐射功率和声辐射表面的振速幅值和分布形状(声辐射效率)相关,抑制振动和改变振速分布可以降低结构的声辐射功率。在结构表面敷设一层覆盖层用来隔开结构和流体区域,可以降低声辐射面的振动和改变振速分布。手性结构覆盖层由中心圆柱和四周韧带连接而成,具有协调变形机制,当手性结构中圆柱和韧带发生弯曲变形时,可以将不均匀结构高声辐射效率的振速分布形状转变为覆盖层表面低声辐射效率的振速分布形状并且覆盖层表面的法向振动幅值小于不均匀结构表面的法向振动幅值,实现不均匀结构声辐射抑制。加筋结构是不均匀结构,使用加筋梁模型可以反映出不均匀结构的声辐射机理。建立敷设和不敷设手性覆盖层加筋梁结构的二维有限元/边界元模型,利用Raleigh积分公式研究了其振动特性和声辐射特性。通过对比敷设和不敷设手性覆盖层加筋梁模型的声辐射面,声辐射效率、法向均方根振速和声辐射功率,分析了手性覆盖层对加筋梁声辐射的抑制机理。计算结果表明:加筋梁敷设覆盖层后,声辐射面由加筋板梁表面为覆盖层表面;覆盖层声辐射面的声辐射效率低于加筋板表面的声辐射效率。谐响应分析表明:手性覆盖层不能有效的抑制加筋梁的振动但是可以有效的抑制加筋梁传递到覆盖层声辐射面的振动,并且对加筋梁的声功率辐射有较好的抑制作用。     

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。     

复杂结构的声辐射解耦及其声辐射效率分析

提出一种用边界元方法与声辐射理论求解复杂结构的声辐射模态与声辐射效率的理论方法。先将结构的声辐射功率表示为一个正定的厄米特二次型，运用广义特征值分解求解了复杂结构的声辐射模态，然后利用声辐射模态关于阻抗矩阵与均方速度耦合矩阵的正交性，求解了复杂结构的声辐射效率，最后用具有解析解的脉动球与辐射立方体验证了该方法的有效性。     

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。     

阻尼层对水下圆柱壳辐射声场的去耦特性影响

基于模态叠加法,采用Navier方程描述阻尼层,建立敷设粘弹性阻尼层的水下圆柱壳振动声辐射模型。与数值计算结果比对,验证了计算模型的可靠性。分析圆柱壳的径向均方振速和辐射声功率,研究了粘弹性阻尼层对水下圆柱壳辐射声场的去耦特性影响。结果表明,粘弹性阻尼层的径向均方振速频响曲线可以分作三个频段,当频率较高时,粘弹性阻尼层能降低辐射声功率;与壳体厚度相比,阻尼层厚度对阻尼层去耦特性的影响更大。     

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。     

Energy distribution and radiation loading of a cylindrical source suspended within a nonconcentric fluid cylinder

Acoustic radiation from a cylindrical source undergoing angularly periodic and axially-dependent harmonic surface vibrations while eccentrically suspended within a fluid cylinder, which is submerged in an infinite fluid medium, is analyzed in an exact manner. This configuration, which is a realistic idealization of a cylindrical liquid-filled acoustic lens with focal point inside the lens when used as a sound projector, is of practical importance with applications in underwater and biomedical ultrasonics. The formulation utilizes the appropriate wave-field expansions along with the pertinent translational addition theorem to develop an infinite series solution. The analytical results are illustrated with a numerical example in which the basic acoustic quantities, such as the modal acoustic radiation impedance load on the source, on-axis pressure magnitude, radiated far-field pressure directivity patterns, and the radiation intensity distribution are evaluated for representative values of the parameters characterizing the system. Numerical results clearly illustrate that, in addition to source frequency and surface velocity distribution, its position (eccentricity) can be of great significance in sound radiation.     

壳间连接介质对双层壳声辐射性能的影响

研究了不同壳间连接介质的加筋双层壳的振动声辐射特性.基于Flügge壳体理论和Helmholtz波动方程,求解了双壳体声-流体-结构耦合方程,计算了有限长双层壳体在径向点激励下的声功率和振动速度级.结果表明,水层的耦合作用随频率的增高而降低,托板的耦合作用随频率的增高而增加,托板在内、外壳的振动传递中起着较大的作用.为了减小托板对振动及声辐射的影响,提出了阻尼托板结构,即在托板上添加阻尼材料,对含阻尼托板的圆柱壳声学特性进行了数值研究.结果表明,在中高频段,阻尼有效抑制了振动能量的传递,壳体的辐射声压明显降低,这对水下结构的减振降噪设计具有重要的参考意义.     

基于辐射声功率最小的平板结构修正及优化

研究运用加筋使振动平板结构辐射声功率达到最小化优化设计方法。使用瑞利-里兹方法求解结构表面振速进而求解结构辐射声功率,通过遗传算法求得筋的最优布放位置,寻找加筋布放规律并对加筋后新生成共振峰进行修正。     

求解远场声辐射问题的一种快速边界元法

针对传统边界元法奇异性的固有缺陷,研究一种求解结构辐射声场的间接边界元法。通过在内域虚拟曲面上配置一系列单偶极子源,等效模拟结构外辐射声场,并根据单元体积速度匹配法的边界条件方案,给出数值计算辐射声场的间接边界元模型。结合球冠形辐射器的仿真算例,表明该间接边界元法在求解远场声特性时具有较高的计算效率和精度,为分析设计具有大空间指向性的辐射器提供参考。     

阻力矩阵法计算斜波入射下平板的声辐射

利用声辐射阻力矩阵和振动面上的速度矢量预报了结构声辐射的总功率.振动面等效为有限个活塞振动单元.通过计算,得到了嵌在无限大障板中简支板模型在斜波入射作用下的声辐射功率和辐射效率.利用阻力矩阵法,不仅避免了声场的计算,而且能达到经典法所能达到的精度.这样,在辐射计算经典方法所需的辐射声场难以测量的情况下,阻力矩阵法尤为有用.     

双层圆柱壳振动传递及近场声辐射特性研究

水下加筋圆柱壳体振动和声辐射是近年来研究的一个热点问题。文章从实验和数值计算两个方面,对水下加筋双层圆柱壳的振动传递及声辐射进行了研究。实验模型表面敷设了隔声去耦材料,分为四种工况:双壳全敷设、内全敷设、外全敷设、外部分敷设,对单频激振时内外壳体间的振动传递以及各工况下的近场声压进行了分析。结果表明,托板在内外壳的振动传递中起着较大的作用,内外壳全部敷设隔声去耦材料对抑制振动和声辐射最有效。为了减小托板对振动及声辐射的影响,提出了复合托板结构,即在托板上添加方钢结构,并对含复合托板的圆柱壳声学特性进行了数值研究,表明方钢在中高频段能有效降低壳体的振动及声辐射。