夹层结构声振耦合分析方法

为了研究夹层结构的声振耦合特性,提出了夹层声场的声波导模态展开方法,在此基础上发展了声波导模态展开方法的弱耦合形式,波导边界分别研究了绝对软边界和绝对硬边界两种形式,与结构模态展开方法和声腔模态展开方法及其弱耦合形式作对比,分析了声模态和声波导模态阶数对传声损失计算精度的影响,研究了不同夹层边界条件下夹层结构的声振耦合特性和夹层声场声压的分布情况。计算表明,需要的声波导模态阶数和声腔模态阶数由计算频率段的最高频率决定,最高频率越大,需要的声波导模态阶数和声腔模态阶数也越多;夹层结构的声振耦合特性是结构振动模态和声腔模态综合作用的结果,"梁-空气-梁"共振、驻波共振以及结构共振都会使得结构的隔声性能下降;夹层边界对结构的声振耦合特型有显著的影响;不同的夹层声场处理方法对于相同的物理现象得到的夹层声场分布不完全相同,从声场分布的特点可以反映所发生物理现象的机理。     

Duffing振子激励下平板声振特性研究

针对非线性振动激励下结构声辐射问题,由变分原理导出Duffing振子激励下平板声振耦合动力学方程,由模态展开法及增量谐波平衡法导出轻流体中耦合动力学方程的近似解析解,给出多频激励下平板表面平均振速及辐射声功率表达式,研究激励力频率、非线性项对系统振动及声辐射特性影响。结果表明,Duffing振子激励下平板的声振耦合问题为含离散与连续系统的复杂动力学问题;耦合运动下Duffing振子出现二次跳跃现象与新的共振特性;平板声振特性主要由三次谐波决定。研究结果可为隔振结构的声振设计提供理论依据。     

利用迭代正则法重构振动声源

基于声辐射模态分析，建立了外部场压和结构表面振动速度之间关系的传递矩阵。由辐射声压重构结构表面振动速度和声场声压存在解的离散病态问题，试图利用一种迭代正则化方法来解决此类逆问题。以振动平板为例，分别对简单振速分布和复杂振速分布采用迭代正则化方法进行了重构。数学计算结果与设定振速分布一致，同时收敛速度也很快。     

球磨机旋转简体的声振耦合特性分析

球磨机噪声主要来源于旋转简体的振动。为减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元方法,对旋转简体的声、振特性进行分析,阐明筒体的结构振动模态特性,结构声模态特性及其声振耦合的关系,并找出对筒体噪声辐射效率贡献量较大的几阶结构模态。该分析结论对球磨机噪声机理的研究、有存储作用。     

球磨机旋转筒体的声振耦合特性分析

球磨机噪声主要来源于旋转简体的振动。为减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元方法,对旋转简体的声、振特性进行分析,阐明筒体的结构振动模态特性,结构声模态特性及其声振耦合的关系,并找出对筒体噪声辐射效率贡献量较大的几阶结构模态。该分析结论对球磨机噪声机理的研究、有存储作用。     

适用于优化建筑结构声振特性的多重模态减缩策略

建筑结构的声振特性是衡量建筑舒适性的重要指标之一,也是直接影响建筑使用寿命的重要因素,开展建筑结构声振特性优化的设计方法研究具有重要的工程意义。以建筑结构为研究对象,将其看作声固耦合系统——固体域为混凝土材质的楼板和墙壁板构成的长方体结构,结构内部腔体填满可压缩空气。引入分支模态发展了多重模态综合理论,建立了基于子结构固定界面模态、连接面分支模态和声学体自由子结构模态的减缩模型,极大地提升了声固耦合系统声振特性的分析效率;基于该减缩模型发展了一套建筑结构内部声压级优化方法,重点分析了建筑结构内部声压级与墙壁厚度、楼板-墙壁连接面上刚度之间的定量关系,并以腔体内部平均声压级为优化指标给出了优化策略。本文所提出方法和分析结果可为建筑结构声振特性的分析和设计提供参考。     

基于板梁组合理论的正交加筋板声振特性分析

基于板梁组合理论,建立了正交加筋板声透射计算模型,并分析了正交加筋板的声振特性.将加强筋视为平板的动反力及动反力矩,引入到平板振动方程,得到了正交加筋板声振方程;利用空间谐波展开法及虚功原理,得到了正交加筋板透射损失和平均振动速度级表达式.在此基础上,首先研究了单向加筋板的隔声性能,理论结果与已有计算结果取得了很好的一致,验证了模型的有效性;并进一步研究了正交加筋的声振特性.研究表明,正交加筋板对垂直入射声波的隔声效果最好;增大加强筋惯性矩可提高其低频段透射损失;增大加强筋间距可提高正交加筋板的低频段振动响应,却降低了其低频透射损失,总体而言,增大加强筋间距可改善结构的整体隔声性能.     

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。     

测量点位置对声源识别的影响

振动表面的振速可以用声辐射模态展开表示,讨论了利用声辐射模态进行噪声源识别的方法.对于声源振速重建,关键就是确定展开系数.在声场中选择N个测量点,测量声场中的信息,求解展开系数.以平板振动为实例,利用声辐射模态对平板表面的振速分布进行重构,研究声源识别问题.通过模拟计算,发现声辐射模态方法结合Tikhonov正则化方法可以进行噪声源识别.同时就同一测量面上测量点的不同分布情况对识别的不同效果进行分析.研究结果表明:测量点位置分布不均匀时,声源识别效果较好.     

简支矩形板在空气与水中声辐射特性比较

研究比较简支矩形板在空气中与水中声辐射特性参数,分别建立结构在空气中与水中结构振动方程,并利用Rayleigh积分公式,表示结构表面声压,获得结构表面振速的求解方程。进一步由振动模态正交性和坐标变换,将声辐射阻抗化为二重积分形式,从而确定结构振动模态系数,获得结构声辐射特性参数。求取简支矩形薄板在空气中和水中辐射声功率、均方振速和声辐射效率,并对其进行对比。研究结果可为各类板结构振动与噪声控制提供理论参考。     

Sound transmission loss characteristics of unbounded orthotropic sandwich panels in bending vibration considering transverse shear deformation

A theoretical study on the sound transmission loss (STL) characteristics of unbounded orthotropic sandwich panels considering the transverse shear deformation is presented. With the transverse shear deformation taken into account, the governing equation of bending vibration for unbounded orthotropic sandwich panels is derived and implemented to the sound transmission problem. The expressions for impedance and transmission coefficient are also derived. The accuracy of the theoretical predictions is checked against available experimental data. The influence of several key parameters on the sound insulation properties of the orthotropic sandwich panel is then systematically studied, including shear rigidity of the core, face sheet thickness, and core thickness. Numerical analysis shows that shear rigidity has evident effect on coincidence critical frequency and STL property, and should not be neglected when predicting STL. Increasing face sheet thickness can move coincidence critical frequency to lower frequency region and improve STL, which is much more effective than increasing the core thickness.     

梁模型三明治板的隔声预报

提出一种针对有限大三明治蜂窝板的隔声预报方法。在一定条件下,三明治蜂窝板被看成是正交各向异性的,通过对蜂窝板正交方向上切割下来梁的简单测 试,可以得到三明治蜂窝板的等效刚度,结合正交各向异性板的振动方程,把板的振动展开成模态叠加的形式并求解,最终可以得到一块有限大三明治蜂窝板的理论隔声公式,理论预报结果与实验室测量结果对比良好。     

传递矩阵法分析复合材料层合板的传声损失

为了得到不同频率下正交各向异性复合材料层合板的传声损失,基于传递矩阵的方法,推导出层合板的传声损失计算公式。通过建立复合材料层合板的传声计算模型,研究了层合板铺设角度、板厚度和板密度等结构参数对层合板的传声损失影响。计算结果表明：复合材料的密度与传声损失之间没有明显的线性关系,而是随着频率的增加而上升;层合板的总厚度越大,传声损失也越大,而且各层之间厚度不同,也会引起传声损失的较大改变;层合板铺层角度越大,传声损失也越大。采用传递矩阵法能充分考虑复合材料层合板的铺设方式和铺层角度等因素的影响,利用层合板层间的速度和应力连续边界条件,准确的反应复合材料层合板隔声性能。     

两边支撑声学超材料板的低频宽带隔声性能研究

以电力变压器低频隔声为应用背景,提出了一种结构简单轻质的局域共振声学超材料板,它由在两边支撑框架上紧密粘贴高分子聚合物薄板制成,相比四边支撑超材料板,其具有更加优越的低频隔声能力。在声波垂直入射条件下,采用有限元仿真对其隔声特性进行研究,结果表明在248 Hz处出现了一个明显的隔声峰,隔声量达到了31 dB。为拓宽低频隔声频带,在超材料板上布置质量块,仿真结果表明在152~560 Hz范围内出现了三个密集的隔声峰,最高隔声量达26 dB,从而一定程度上实现宽频隔声效果;同时在120 Hz处出现了一个隔声量为18 dB的隔声峰。最后搭建了基于小型箱体的隔声实验平台,可以发现实验测试结果与仿真结果具有较好的一致性,从而验证了轻质声学超材料板良好的低频宽带隔声性能,说明了两边支撑声学超材料板具有广阔的工程化应用前景。     

周期加筋板中的弯曲波传播

本文采用波动分析法分析了周期加筋板中的弯曲波传播，推导了周期加筋板的波传播方程，分析了振动频率和平面弯曲波入射角对传播常数的影响。研究表明：平面弯工波以某一角度入射周期加筋板时，随着频率的变化，会交错的出现弯曲波传递的穿透频段和阻塞频段；周期加筋板没有明显的穿透频段。本文的研究为周期加筋板应用于结构声传递途径的控制提供了理论基础。     

基于谱元法的加筋双层板声透射分析

首先应用谱元法(SEM)建立简支加筋双层板结构在简谐平面声波激励下的振动响应分析模型,将所得结果与有限元法(FEM)计算结果对比,表明谱元法(SEM)在求解该类问题时具有精度高和求解速度快的优点。然后应用Rayleigh积分求解加筋双层板结构路径传声的透射声功率。在筋板截面面积不变的约束条件下,研究筋板倾角与面板间距在声波正入射情况下对透射侧面板辐射声功率的影响。结果表明:筋板倾角越大,加筋双层板的透射声功率越小;在倾角小于22o的情况下,隔声性能随着面板间距的减小而提高。分析结果对加筋双层板的结构设计与隔声优化具有一定的指导意义。     

水下蜂窝空腔覆盖层的隔声性能分析

针对驻波管隔声量测试过程中,透射管末端反射波难以消除并对测试结果有一定影响的问题,利用LMS Virtual.lab有限元软件建立了驻波管隔声量测试的仿真模型。在模型中设置无反射边界条件,基于该模型分析了蜂窝空腔覆盖层的隔声性能,指出蜂窝空腔覆盖层的隔声特性是阻抗失配、波型转换、阻尼损耗等多种机理共同作用的结果,蜂窝结构的胞元壁厚、胞元夹角、黏弹性材料的杨氏模量等参数变化对隔声量的影响较为明显。消除了入射管端面和透射管端面的反射波,并通过与解析方法的计算结果对比验证了模型的正确性。     

复合板隔声性能分析

在隔声设计中单层墙和双层墙应用广泛，复合墙板也受到广泛关注。以波传递理论为基础，推导了一般情况下具有中间夹层结构的复合板的隔声公式。并且分析了在复合隔声结构的设计中特性阻抗和波数等参数对隔声性能的影响，对隔声量预报有一定的指导意义。     

大型客机机舱内饰板隔声性能计算与试验

结合单层板与夹层板隔声理论，推导了应用于计算典型飞机机舱内饰板隔声量的分析方法。根据所推导的计算公式，将真实环境条件与内饰板材料参数代入其中，获得地面与飞行状态下的隔声量计算结果。与实测数据对比之后，发现在特定频率区域内饰板计算量值与趋势都与试验吻合较好，但在共振频率、吻合频率和压缩频率上，计算值与试验测量值有较大起伏。对比飞行与地面两种条件，飞机状态下的隔声量普遍大于地面状态。     

高速列车阻尼喷涂式铝型材减振降噪特性试验

为探究某种阻尼材料对高速列车铝型材地板的减振降噪效果,以波纹状铝型材为基板,先后对其喷涂厚度为2 mm和4 mm的阻尼层,并在隔声室中进行空气声隔声及结构振动声辐射的测试及比对分析。结果显示,随阻尼层厚度的增加,铝型材的空气声隔声效果增加,尤其在500 Hz之后的中高频段;其中,2 mm阻尼层能在铝型材裸板的基础上使计权隔声量提高4.5 dB,阻尼层厚度增至4 mm,计权隔声量再提高2.4 dB。在100 Hz ～250 Hz,2 mm阻尼层对降低铝型材的振动声辐射水平起反作用,而4 mm阻尼层能够起到一定作用;在315 Hz ～400 Hz,阻尼层厚度对其振动声辐射几乎没有影响;500 Hz以上,随阻尼层厚度的增加,铝型材振动声辐射水平大大降低,其中,500 Hz、1 250 Hz和3 150 Hz 三个频段的降低量最为显著。