基于波叠加的结构-声学灵敏度分析的伴随变量方法

声学灵敏度可以用于描述空间声学量随设计变量的变化情况,并为低噪声设计提供优化方向和量化依据,对其进行研究具有重要意义.在多设计变量的情况下,与直接求导法相比,伴随变量法是一种效率更高的灵敏度计算方法.基于有限元法和波叠加法,提出一种新的用于结构一声学灵敏度计算的伴随变量方法.该方法用波叠加法取代了现有伴随分析方法中的边界元法,消除了奇异积分的影响.应用该方法对脉动球声源和箱体振动模型进行声学灵敏度分析,并将计算结果分别与理论值和有限差分结果进行比较,得到了较好的精度.通过与边界元法在计算时间上的比较,表明了该方法在计算效率上的优势.     

基于正交球面波源边界点法的声学灵敏度分析

提出采用正交球面波源边界点法作为声学灵敏度算法,计算空间任意点的声学量关于设计变量的灵敏度,克服基于边界元的声灵敏度分析中所固有的各阶奇异积分和非唯一性问题,降低数值处理难度和工作量.提出近场声全息与声学灵敏度的组合分析方法,利用声全息重建出表面法向振速及其导数,然后再进行灵敏度分析,解决表面声学量获取困难的问题.数值仿真的结果充分证明该声学灵敏度分析方法的正确性和可行性.     

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。     

结构特征值灵敏度的半解析伴随变量法

灵敏度分析在结构优化设计和可靠性分析中起着至关重要的作用。针对特征值敏度的解析法在有限元分析中不足,本文提出了一种基于半解析的伴随变量特征值敏度分析方法,用有限差分法代替了常规的解析求导。另外,针对导数矩阵稀疏性的特点提出了一种新颖的存储方法,并将这种方法应用于伴随变量法涉及到的导数矩阵存储,节省了存储空间。最后将本文提出的伴随变量方法与常见的解析法敏度分析方法进行对比,证实本文方法在精确性和计算效率上得到了较大的提高,且非常适合于大型结构的敏度分析。     

重卡驾驶室的声学灵敏度分析

车身的声学灵敏度是指施加于车身的单位力在车内产生的声压,是衡量车辆NVH特性的一种很有效的指标。以某重卡驾驶室为研究对象,建立了其声固耦合系统的有限元模型,通过对驾驶室悬置点施加单位激励,绘制了人耳旁的声压响应曲线图,获得一些驾驶室的结构一声学特性。     

基于伴随灵敏度的暂态稳定预防控制快速算法

针对已有算法难以适应现代电力系统在线预防控制的实时性要求的问题,研究了一种基于伴随灵敏度分析的暂态稳定预防控制快速算法,采用了约束转换技术来缓解大规模电力系统暂态稳定预防控制中的"维数灾"问题,提出了一种优化层-仿真层的双层结构以实现算法:优化层基于预测-校正内点法,利用近似海森矩阵的扩展生成方法以提高算法的准确性和收敛性;仿真层中采用伴随灵敏度方法实现了灵敏度快速计算,并使用非诚实牛顿法和雅克比矩阵重用技术以进一步提高计算速度。研究结果表明,该算法能够显著提高大规模电力系统的暂态稳定预防控制求解效率,且相较其他已有算法体现出极大的速度优势,完全能够达到现代电力系统在线预防控制对控制算法的实时性要求。     

振动体声学灵敏度分析的边界元法

振动结构关于设计变量的声学灵敏度分析可以为机械系统的低噪声设计提供量化依据,为结构的优化设计提供方向。采用边界元法,推导了辐射声压关于频率、表面振速等设计变量的声学灵敏度公式。在对系数矩阵求导时,没有采用传统的有限差分法,而是直接求导,并利用不连续单元替换点法处理边界元法中的奇异积分问题。将数值解与理论值比较,证明了计算公式的准确性和有效性。该灵敏度计算方法为机械系统的低噪声设计打下了基础。     

基于管口噪声灵敏度分析的进气系统结构改进

发动机进气系统噪声是车辆最主要的噪声源之一,为了满足车辆舒适性越来越高的要求,控制和匹配进气系统的声学性能至关重要.依据三维几何模型建立进气系统的声学模型,其中四分之一波长管的声学模型为参数化模型.基于管道声学理论,研究发动机进气系统噪声仿真方法--无源法,并应用"无源法",进行进气系统管口噪声的模拟仿真.以试验设计分析为基础,研究基于管口噪声的四分之一波长管灵敏度分析方法,并应用该方法,进行四分之一波长管的各个参数灵敏度分析.在不具备发动机仿真模型的情况下,仍然能进行进气系统管口噪声的模拟仿真,并通过灵敏度分析确定四分之一波长管的设计参数.基于管口噪声的四分之一波长管灵敏度分析方法具有很高的工程应用价值,并为进气系统四分之一波长管的参数化设计提供了理论依据.     

一种具有唯一解的边界元法计算三维声散射问题

针对传统边界元法在求解外部声学问题时存在非唯一解的缺点,本文利用Burton-miller公式有效解决这一问题。对于Burton-miller公式引入的超奇异积分算子,采用奇异性减少技术进行弱奇异积分规划,有效避免了计算超奇异积分的困难,数值处理变得十分有效。此外,在算法中还采用有效的块对角预处理迭代求解器加速求解线性方程系统,全面提高算法的计算效率。数值算例验证了算法计算三维声散射问题的准确性、有效性及潜在的工程应用价值。     

低周疲劳失效的涡轮盘可靠性灵敏度设计

将有限元方法、低周疲劳模型、径向基函数神经网络技术与可靠性理论相结合,给出了涡轮盘低周疲劳可靠性灵敏度设计方法。应用径向基函数神经网络拟合得到随机设计变量与失效寿命之间的函数关系式,根据随机摄动法与可靠性灵敏度技术进行灵敏度设计。径向基函数神经网络技术的引入克服了工程实际无法给出极限状态函数显式的问题,而灵敏度技术使各变量对可靠度的影响得以定量表达,具有很好的指导意义。     

基于遗传算法的快速多极基本解法的源点分布优化分析

快速多极基本解法的计算精度主要由源点数和源点分布决定,针对源点的布置具有一定盲目性的问题,提出了基于遗传算法的快速多极基本解法。给出了基于遗传算法的快速多极基本解法的理论公式,并用于预测发动机表面辐射声场。结果表明,利用遗传算法优化后的源点分布,在保证计算精度的基础上,可实现减少源点数和配置点数的目的,从而提高计算效率。源点和配置点之间的距离过小时,计算误差变大;反之,计算误差变小,同时会导致源点分布越来越密集,使矩阵呈现病态。基于遗传算法的快速多极基本解法用于发动机表面辐射声场的预测,计算结果与试验值吻合较好,表明该方法的可行性和正确性,同时也为该方法在工程中进一步应用提供了借鉴。     

非独立区间变量和随机变量下的单步可靠性计算方法

随机变量和非独立区间变量往往共存,两种变量共存不仅导致出现双层优化问题,而且会降低可靠性的计算效率。为解决双层优化问题和提高可靠性计算效率,基于椭球模型描述的非独立区间变量,利用高维模型表示方法（HDMR）解耦随机变量和非独立区间变量,转换双层优化问题为简单的单步求解问题,基于提出的采样方法,利用二次多项式近似HDMR展式,将隐式的单步求解问题转化为显式问题,提出了一种混合型单步可靠性计算方法。算例结果表明,所提出的单步可靠性计算方法具有较高的计算效率和精度;该方法仅需少量的极限状态函数调用次数,即可获得较高精度的计算结果。     

Separation of Comprehensive Geometrical Errors of a 3-DOF Parallel Manipulator Based on Jacobian Matrix and Its Sensitivity Analysis with Monte-Carlo Method

Parallel kinematic machines (PKMs) have the advantages of a compact structure,high stiffness,a low moving inertia,and a high load/weight ratio.PKMs have been intensively studied since the 1980s,and are still attracting much attention.Compared with extensive researches focus on their type/dimensional synthesis,kinematic/dynamic analyses,the error modeling and separation issues in PKMs are not studied adequately,which is one of the most important obstacles in its commercial applications widely.Taking a 3-PRS parallel manipulator as an example,this paper presents a separation method of source errors for 3-DOF parallel manipulator into the compensable and non-compensable errors effectively.The kinematic analysis of 3-PRS parallel manipulator leads to its six-dimension Jacobian matrix,which can be mapped into the Jacobian matrix of actuations and constraints,and then the compensable and non-compensable errors can be separated accordingly.The compensable errors can be compensated by the kinematic calibration,while the non-compensable errors may be adjusted by the manufacturing and assembling process.Followed by the influence of the latter,i.e.,the non-compensable errors,on the pose error of the moving platform through the sensitivity analysis with the aid of the Monte-Carlo method,meanwhile,the configurations of the manipulator are sought as the pose errors of the moving platform approaching their maximum.The compensable and non-compensable errors in limited-DOF parallel manipulators can be separated effectively by means of the Jacobian matrix of actuations and constraints,providing designers with an informative guideline to taking proper measures for enhancing the pose accuracy via component tolerancing and/or kinematic calibration,which can lay the foundation for the error distinguishment and compensation.