基于无单元声波叠加的自辐射近似解析表达研究

传统波叠加法中虚拟声源必须设于结构体内离表面一定距离处,否则会使算法中的自辐射项中的格林函数产生奇异性,无法正确计算声场。针对这一问题,研究了针对振动结构辐射表面离散化域形成的无单元空间离散域波叠加计算方法,采用奇异点挖去法、部分积分区域替换法和不变量嵌入法克服当声源点与接收点重合时格林函数的奇异性问题,得到自辐射声压项和速度项的非奇异表达。然后利用速度边界条件确定声源强度和声压。通过具有解析解的脉动球源的例子验证,该近似解析表达式能较好地代表声压和速度自辐射项,从而实现声场的预测。     

正交球面波源的近场声全息射线波函数波叠加法

在基于传统波叠加法的近场声全息技术中，多采用辐射球面波的单极子作为等效源，易导致传递矩阵病态，利用射线波函数替换球面波函数可有效改善传递矩阵病态性。然而，以往的射线波函数法采用格林函数的方向导数作为波函数，其解析表达式复杂，计算效率低。此外，以往方法的波函数指向设置对节点分布方式要求较高，限制了其应用的灵活性。针对上述问题，采用（n，0）阶的球面波源重新构造了一系列射线波函数，该射线波函数可利用球 Hankel函数和 Legendre 多项式的递推形式方便地计算出其任意阶的表达式，大幅提高了效率。通过改进射线波函数的主指向设置，使其在实际使用中更加灵活，提出一种基于正交球面波源的射线波函数波叠加法。利用正四面体辐射体、两端带球帽的圆柱辐射体和简支矩形钢板声源 3 个数值仿真，对比验证了传统方法和所提方法在声场重建中的效果。仿真结果表明：在声场细节信息较为丰富的高频下，即便采用正则化方法求解，传统波叠加法由于传递矩阵病态严重，在 3 个仿真中均难以保证重建精度，误差为 20% 左右；而建立的射线波函数法则有效降低了传递矩阵的条件数，改善了系统病态性，获得了更高的重建精度，误差在 5%~10% 之间，说明了所提方法更具优越性。     

基于实模态的非比例阻尼体系复模态叠加法

为提高非比例阻尼体系强迫振动时复模态叠加法的计算效率,基于模态摄动法基本原理,提出一种利用无阻尼体系实模态的复模态叠加法。该方法由模态摄动法将非比例阻尼体系的复模态表示为实模态线性组合,在此基础上,建立了强迫振动复模态叠加法的实模态的线性组合解。以一个带附加阻尼的强非比例阻尼三层框架结构为例进行地震反应分析,计算结果表明当附加实模态数不小于8 时,模态摄动法所得的特征值误差小于2%;在复模态叠加法模态截断方面,基于累积振型参与质量和累积振型贡献系数所得的模态数偏少,建议采用首层平动的累积振型加速度贡献系数作为模态截断的依据,此时,复模态叠加法所得水平位移的峰值误差小于10%,累积误差小于15%,显示了良好的计算精度;且该方法的计算时间小于基于状态空间法的复模态叠加法。以一个钢结构框架办公楼地震反应分析为例,验证了该方法的适用性。综合来看,对于强非比例阻尼体系,强制解耦的实模态叠加法计算误差较大,而该方法可兼顾计算效率与精度。     

轴对称声学问题的有限元素法

本文应用有限元素法计算轴对称自由声场的声辐射特性,采用三角形一次元对区域离散化,通过外推加速法提高计算精度。用两个算例考察本方法:脉动球声场和无限长脉动园柱声场,计算结果与精确解比较,取得了满意的结果。     

噪声源识别的混合波叠加法及其数值仿真研究

提出了以混合波叠加法作为声场的全息变换算法,建立了基于混合波叠加法在声源识别中的理论模型。此法用相对少量的测点数据就可重建任意形状源表面的声场,克服了基于边界元法的声全息中的奇异值积分和解的非唯一性难题,数值仿真结果表明:它具有计算速度快、重建精度高、测量成本低和容易实施等优点,可以精确地识别和定位机械噪声源,在工程实践中具有广泛的应用前景。     

基于压缩感知和快速波叠加谱方法的近场声全息

在等效源法近场声全息理论的基础上,将等效源强和积分核函数在轴对称虚拟面上进行双向傅里叶级数展开,使待求的源强向量转化为稀疏的傅里叶展开系数向量,并结合压缩感知重构算法中的基追踪降噪算法建立了一种基于压缩感知和快速波叠加谱的半解析、半数值等效源近场声全息方法.利用脉动球源与长条形声源对比了所提方法与传统压缩等效源法的声场...     

基于振速测量单全息面直接声场分离方法

摘 要：为了更精确的分离质点振速,以波叠加法作为声场分离算法基础,提出单全息面测量振速直接声场分离方法。建立了单面振速测量声场分离模型,并推导了理论计算方法,通过数值仿真,分析算法的计算精度,验证了该方法可以有效分离声场。然后对比本文分离方法和单面声压测量声场分离方法分离简单源和脉动声源的误差,结果表明：单面振速测量的直接声场分离方法可以有效分离目标声源,而且可以获得更高的振速分离精度。     

基于振速测量单全息面直接声场分离方法

为了更精确分离质点振速,以波叠加法作为声场分离算法基础,提出单全息面测量振速直接声场分离方法。建立单面振速测量声场分离模型,并推导理论计算方法,通过数值仿真,分析算法的计算精度,证明该方法可以有效分离声场。然后对比所提分离方法和单面声压测量声场分离方法分离简单源和脉动声源的误差,结果表明:单面振速测量的直接声场分离方法可以有效分离目标声源,而且可以获得更高的振速分离精度。     

计算结构随机振动辐射声场的统计波叠加方法

机器的机械振动大多是具有随机特性的随机过程,由其激发的声场为随机声场,对于随机声场中的信息就需要用统计的参数来描述.文中结合波叠加方法和统计方法,提出一种统计波叠加方法,利用结构表面的振速自谱函数.对随机声场中的统计声学量进行计算,不需要对每个随机样本进行单独的声学计算后再作统计分析,速度快,精度高,并对振动箱体进行了仿真分析,计算结果的最大误差为1.3%,证明了统计波叠加方法对随机声场进行计算的正确性和有效性.     

基于波叠加法的非共形近场声全息波函数的构造与选择

在传统波叠加法的近场声全息算法中通常采用单层势或双层势波函数作为积分核函数,这类波函数在全息面与等效源面非共形的情况下极易导致系统矩阵的线性相关性增强和病态加重。以往研究多侧重对病态矩阵的正则化处理,以求获得更好的计算结果。从理论上分析了传统单层势或双层势波函数导致系统产生病态的原因,进而通过对格林函数的各阶求导构造出了系列具有较强指向性的射线波函数。利用该系列射线波函数替换传统波叠加法中的单层势或双层势波函数,可以使所形成的系统矩阵呈现主对角占优且近似对称的良态形式,从而可获得更精确、更稳定的计算结果。对脉动球源、振动球源以及可叠加为任意声源外声场的一般球源进行了数值仿真。研究表明:采用高阶波函数叠加法在传统波叠加法的系统矩阵已病态且不使用Tikhonov正则化就无法获得满意计算结果的情况下,能明显降低系统矩阵的条件数,使系统矩阵良态化。因而从这个意义上说,该方法也是一种可提高重建稳定性的正则化手段。同时发现,无论是传统的单层势和双层势波函数,还是射线波函数都各有其适用范围和优缺点,因此在实际使用中应根据不同的情况选择不同的波函数以提高计算稳定性和计算效率。     

基于混合波叠加法的声源识别理论与试验研究

波叠加法作为噪声源识别的一种技术，克服了基于边界元法的声全息中的奇异值积分和解的非唯一性难题，但在测量面上要求足够多的传声器数目以满足重建精度，这样导致测量成本高、工作耗时且也不利实际实施。针对波叠加法的此缺点，提出将波叠加法和HELS方法相结合的方法，此法是基于Helmholtz方程最小二乘法，用相对少量的测点数据获得包围源的最小球面上或之外的任意一假想球面上的声压数据，然后将这些数据作为输入，计算出辐射体内混合内域虚源强的强度值，通过解离散波叠加的方程，重建出在重建面上离散点的声压值。达到用相对少量的测点数据重建表面为任意形状的振源辐射声压的目的。数值仿真与试验结果表明：它具有计算速度快、重建精度高、测量成本低和容易实施等优点，可以精确地识别和定位机械噪声源，在工程实践中具有广泛的应用前景。     

On the ‘interior Helmholtz integral equation formulation’ in sound radiation problems

This paper discusses the accuracy of the sound radiation (Helmholtz equation) BEM analysis when the source points are located inside the vibrating surface. It is shown that when these points are arranged in such a way that they compose a fictitious internal boundary, geometrically similar to the vibrating surface, then fictitious eigenfrequencies appear at larger values than those corresponding to the eigenfrequencies of the internal boundary. In this way, the direct-BEM analysis becomes capable of treating the non-uniqueness problem in a simple and efficient practical manner, which makes the method applicable for industrial purposes. Results are presented for the spherical monopole and dipole, while discussion is extended to a similarly vibrating cube.     

舰船螺旋桨空化低频辐射噪声时频域仿真

依据空泡动力学经典理论的分析结果,仿真出单个空泡体积变化时间波形及相应的声脉冲。将旋转桨叶充分空化情况下,一周期内引起的空泡群破灭过程的平均行为用单空泡仿真,并将不均匀尾流场空泡群噪声辐射近似描述为以叶片频倒数为周期间隔出现、幅度随机变化的单脉冲所构成的脉冲序列组成,并在声压脉冲波形上叠加适当的高斯白噪声。推导了宽带洛埃镜模型信道响应函数,分析其相应的谱特性,对深海近表面目标螺旋桨空化近场低频辐射噪声场进行了仿真,仿真结果与实测数据吻合较好。     

非协调单元在声学边界元法中的应用

利用非协调元离散Helmholtz边界积分方程,有效地解决协调元计算中的角点问题。为消除积分奇异性,提出了非协调元法中的极坐标变换方法。采用CHIEF法加Lagrange乘子法进行处理特征频率处解的不唯一性。解线性代数方程组获得结点处声压,网格点处的声压通过结点平均或单元平均的方法计算。通过计算脉动球和立方体的表面辐射声压,并将协调元和非协调元的计算结果做了比较,证明本文方法的有效性和对非光滑表面的适应性。     

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。     

扫描声强法声功率测量的扫描路径误差分析

以单极子、偶极子及四极子声源为例,建立了矩形测量面上三种扫描路径（方波、锯齿波、直线加半圆）的误差函数数学模型;在扫描速度恒定的条件下,得出各路径及声源对扫描线的误差分布函数图形。结果显示：锯齿波误差最小;声强标准推荐的直线加半圆路径误差略大于方波;无指向性声源各扫描路径均误差较小（单极子源）,对于指向性声源,扫描路径的形式对测量精度的影响较大。     

圆柱壳辐射声场重构的波叠加方法

将声全息技术应用到水下结构的声场重建问题中。通过理论推导和数值仿真,分析一两端带半球帽的圆柱壳模型在不同激励作用下声场的重建效果及影响重建精度的因素。考虑到实际应用,全息面分别采用柱形全息面和平行的双平面全息面。仿真结果表明,该方法是一种稳健的全波数空间声场重构技术;其重建精度受到等效源面参数、全息面参数及测量环境信噪比等多因素的影响;在含有测量噪声的条件下,应用Tikhonov结合L曲线的正则化方法仍可以较精确地重构声场;相比于其它方法,波叠加方法具有测点少,计算速度快等优点,有很好的应用前景。