基于波数域外推方法的近场声全息

在基于快速傅里叶变换(FFT)法的近场声全息技术中,为了减小算法误差对结果的影响,要求测量面(全息孔径)至少为声源面积的2倍。由于要求的全息孔径较大,该技术测量工作异常繁琐以及在大尺寸结构上应用困难。分析基于FFT法的近场声全息技术中算法误差产生的机理,并引入声压外推过程予以克服,得到基于波数域外推方法的近场声全息。该方法能有效抑制重建过程中算法误差的影响,不再须要靠增大全息孔径来减小误差,因此在小全息孔径条件下仍具有较高精度。仿真和试验结果表明,该方法在小全息孔径条件下取得了良好效果,显著减小了对全息孔径大小的要求,从而方便了工程运用。     

基于统计最优的近场声全息理论与仿真实验

对统计最优平面近场声全息（SOPNAH）技术进行研究,提出了一种吉洪诺夫（Tikhonov）正则化方法并选择最优正则化参数λ。通过仿真实验验证了结合吉洪诺夫正则化方法的SOPNAH能够对噪声源进行准确定位及实现声场重建,并且重建的精度比传统的方法更高。     

采用平面测量的统计最优近场声全息方法研究

常规的统计最优柱面近场声全息通常要求全息测量面与声源共形,由此计算出声场传递矩阵,进而重建目标声源声场。但在实际情况中,受测量条件限制,全息测量面有时无法做到与声源共形,限制了其应用范围。为此,综合利用统计最优平面和柱面近场声全息在重建时的各自优点,提出一种适用于的平面测量的基于柱面波函数的统计最优近场声全息方法。通过数值仿真验证了其准确性和有效性,并与平面统计最优近场声全息的重建效果进行了详细的对比分析。结果表明,对于柱状声源,该方法具有鲁棒性强,重建精度高等优点。     

压缩感知等效源法对板件近场重构精度改进的研究

为改进目前板件压缩感知等效源法近场声全息中存在的稀疏基稀疏度不足、适用范围小等问题,提出一种优化等效源面范围的方法。使用板件振动模态与声辐射模态对板件倏逝波分布区域进行联合研究。利用板件振动模态得到高波数倏逝波分布情况,结合声辐射模态得到等效源向量在波数域分布情况,提出减小等效源范围从而达到过滤高波数倏逝波,减小重建误差的效果。数值模拟实验结果表明,该方法增加了等效源向量的稀疏度,对重建精度有大幅度的改善作用,扩大了压缩感知等效源法的使用范围。     

近场声全息理论与应用的研究现状与展望

回顾近场声全息(NAH,near field acoustical holography)理论与应用的发展历史及国内外研究现状。对NAH技术进行分类,并对各类NAH技术的重建算法及适用范围进行评述。重点介绍近十几年来NAH的发展：正交共形结构NAH技术中关于测量孔径有限性对重建精度影响的研究,特别是关于数据外推技术的发展;全息面数据采集方法研究,包括参考源互谱测量法及基于声强测量的宽带声全息重建技术(broadband acoustical holography from intensity measurement,BAHIM)法;任意形结构NAH技术中声场重建病态性研究的发展,特别是正则化理论的应用;NAH在工程中的应用研究,包括移动声源、封闭空间声场等场合的应用等。另外,还介绍一些其他的声场重建技术,包括Helmholtz积分方程最小均方误差法(HELS)、边界点方法等。最后,讨论NAH研究有待解决的问题,并探讨NAH研究的发展趋势。     

波数域滤波迭代近场声全息

介绍了波数域滤波迭代近场声全息算法,并对其对常规波数域滤波近场声全息的补偿作用进行了研究。从控制论的角度在理论上验证了这种算法的可行性和正确性,并且数值仿真的结果和理论分析的结论具有很好的一致性。波数域滤波迭代近场声全息能有效地弥补常规波数域滤波近场声全息由于加窗而带来的能量泄露,能准确地实现噪声源的定位。     

统计最优近场声全息中正则化方法的仿真与实验研究

基于统计最优近场声全息的声场重建是典型的反问题,测量误差的存在使得该反问题的求解具有"不适定"特性.为此,通过两种不同的正则化方法解决上述问题:第一种方法采用标准的Tikhonov正则算子,并结合需要测量信号先验知识的Morozov偏差原则;第二种方法采用标准的Tikhonov正则算子,并结合不需要测量信号先验知识的Engl误差最小化原则.统计最优近场声全息在空间域直接实现声场重建的过程可以转化为矩阵的特征值求解问题,这为在重建过程中应用上述正则化方法提供了可能.数值仿真和实验结果表明,两种正则化方法可以有效地提高声场的重建精度.     

近场声全息技术及其工程应用

近场声全息技术(简称NAH)是一种功能强大的噪声源识别、定位及声场可视化技术。本文首先对NAH理论和算法进行了介绍,并通过试验和仿真进行了验证;然后,讨论了NAH研究需要解决的问题和研究现状;最后,介绍了NAH在工程中的一些应用。     

统计最优柱面近场声全息

由于全息声压测量点的离散性,在基于空间傅里叶变换的柱面近场声全息中会引入混叠误差;另一方面,由于测量面尺寸的有限性,会在该种全息技术中引入窗效应和卷绕误差。为了克服窗效应及卷绕误差,提出了统计最优柱面近场声全息技术,它通过空间域中全息柱面上复声压的线性叠加来反演重建面上的声学量,不需要借助空间傅里叶变换来实现全息重建,故可以克服窗效应和卷绕误差。数值分析的结果表明,统计最优柱面近场声全息要优于基于空间傅里叶变换的柱面近场声全息。     

正交球面波Patch近场声全息

常规近场声全息(Near-field acoustic holography,NAH)中,为减小算法误差对结果的影响,要求全息测量孔径必须大于声源面积。由于要求的全息孔径较大,导致该技术测量工作异常繁琐以及在大尺寸结构上应用困难。为解决此问题,以全息声压近场外推为基础的Patch近场声全息技术(Patchnear-field acoustic holography,PNAH)发展起来。根据声场的球面波近似原理,提出正交球面波Patch近场声全息方法,该方法将振动体产生的声场等效近似为一系列不同阶次的正交球面波源产生的声场的线性叠加,通过这些正交球面波源的声辐射过程来实现全息面声压的近场外推,然后利用近场外推所得声压数据采用计算简便的快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)方法实现全息重建。数值仿真结果表明,该方法在小全息孔径条件下取得良好效果,显著减小对全息孔径大小的要求,从而方便工程运用。     

NEAR-FIELD ACOUSTIC HOLOGRAPHY FOR SEMI-FREE ACOUSTIC FIELD BASED ON WAVE SUPERPOSITION APPROACH

In the semi-free acoustic field, the actual acoustic pressure at any point is composed of two parts: The direct acoustic pressure and the reflected acoustic pressure. The general acoustic holographic theories and algorithms request that there is only the direct acoustic pressure contained in the pressure at any point on the hologram surface, consequently, they cannot be used to reconstruct acoustic source and predict acoustic field directly. To take the reflected pressure into consideration, near-field acoustic holography for semi-free acoustic field based on wave superposition approach is proposed to realize the holographic reconstruction and prediction of the semi-free acoustic field, and the wave superposition approach is adopted as a holographic transform algorithm. The proposed theory and algorithm are realized and verified with a numerical example, and the drawbacks of the general theories and algorithms in the holographic reconstruction and prediction of the semi-free acoustic field are also demonstrated by this numerical example.     

单全息面分离声场技术及其在声全息中的应用

提出单全息面分离声场技术,突破以往近场声全息(NAH)和基于声强测量的宽带声全息(BAHIM)的应用局限。它们的局限在于:全息面一侧的声场必须是自由声场,即要求所有的声源仅能位于全息面的另一侧;而在工业测量的情况下,这个要求是很难达到的。提出的声场分离技术,利用全息面上微粒法向振速的叠加原理和波数域的Euler公式,建立起在波数域内的声场分离公式,然后通过二维逆Fourier变换,便得到了全息面一侧声源所产生的声压,从而达到声场分离的目的。原理的推导理论上论证该技术正确性,数值仿真显示了该技术的可行性和有效性。     

OPTIMIZATION METHOD FOR VIRTUAL PRODUCT DEVELOPMENT BASED ON SIMULATION METAMODEL AND ITS APPLICATION

Virtual product development (VPD) is essentially based on simulation. Due to computation-al inefficiency traditional engineering simulation software and optimization methods are inadequate toanalyze optimization problems in VPD. Optimization method based on simulation metamodel forvirtual product development is proposed to satisfy the needs of complex optimal designs driven byVPD. This method extends the current design of experiments (DOE) by various metamodeling tech-     

基于模态理论的振动结构声辐射信号特征提取方法及其应用

论述了结构振动与声辐射之间的传递特性,以堆垛机结构为对象进行了试验研究。通过模态参数测试和声辐射信号分析验证了理论分析的正确性。提出了一种基于模态频率的声信号频域特征信息提取方法,并将该方法用于堆垛机结构的冲击载荷分类识别研究。结果表明,声谱峰值频率与结构模态频率具有相当好的一致性,声谱幅值分布反映冲击载荷的特性;采用所提出的方法提取的声信号特征信噪比高,用于振动结构冲击载荷分类识别是合理的和有效的。由于设备发生故障必然导致载荷的变化而使所辐射的声信号发生变化,加之声信号获取成本低且有近场非接触测量的优点,所以提出的声信号特征提取方法在机械设备运行状态监测和故障诊断方面具有重要的应用价值。     

基于减基法的结构快速设计方法及其应用研究

针对基于有限元方法的结构优化设计计算效率较低的问题,将减基法与有限元方法结合,对结构进行快速计算,从而实现结构的快速设计。以某型赛车车身结构设计为研究对象,主要考虑减基法在静力学和模态动力学中与有限元的混合数值方法,在保证精度的前提下,提高单次静力学和动力学的计算速度。该方法通过构建合理的解空间,将原设计空间缩减为较精简的设计空间,从而提高计算效率。在该空间基础上,以轻量化为目标,对该赛车车身结构进行设计。结果表明,在典型工况下该方法能够在节约计算成本的同时取得较好的优化效果。     

分布源边界点法在声场全息重建和预测中的应用

提出了以分布源边界点法作为声场的全息变换算法,建立了基于分布源边界点法的声全息重建和预测的数学模型。与基于边界元法的声全息重建和预测模型相比,此法避开了变量插值、数值计算和奇异积分的处理,具有计算速度快、计算精度高、计算稳定性好和简单易懂等优点,因此在工程实践中有着广泛的应用前景。     

NEW METHOD FOR WEAK FAULT FEATURE EXTRACTION BASED ON SECOND GENERATION WAVELET TRANSFORM AND ITS APPLICATION

A new time-domain analysis method that uses second generation wavelet transform (SGWT) for weak fault feature extraction is proposed. To extract incipient fault feature, a biorthogonal wavelet with the characteristics of impact is constructed by using SGWT. Processing detail signal of SGWT with a sliding window devised on the basis of rotating operation cycle, and extracting modulus maximum from each window, fault features in time-domain are highlighted. To make further analysis on the reason of the fault, wavelet package transform based on SGWT is used to process vibration data again. Calculating the energy of each frequency-band, the energy distribution features of the signal are attained. Then taking account of the fault features and the energy distribution, the reason of the fault is worked out. An early impact-rub fault caused by axis misalignment and rotor imbalance is successfully detected by using this method in an oil refinery.