含复杂声边界的圆柱壳结构声振特性研究

对复杂声边界内的结构振动-声辐射问题开展了研究。针对同时存在着自由液面和刚性壁面的复杂声边界问题,结合镜像法原理,应用双反射方法推导了复杂声边界条件下的圆柱壳结构远场声压方程式。最后,以直角空间域内的圆柱壳结构为例,进行了结构的声振特性数值计算。在算例中,对比了声边界特性、频率及与声边界的距离对声辐射功率、声辐射指向性的影响。研究成果为解决含复杂声学边界的声振问题提供了参考。     

冰区环境下圆柱壳声振特性的数值分析

建立了圆柱壳-水-冰的声固耦合系统的数值模型。采用有限元法和边界元法分别建立了圆柱壳结构模型、流体声学模型、冰介质弹性体模型,并进行了振动和水下声辐射计算,将无冰情况下的圆柱壳水下声辐射数值计算结果与模型试验进行对比,验证了数值算法的有效性;在此基础上分析了潜深状态和冰层参数对圆柱壳声振特性的影响规律。结果表明:圆柱壳全浸状态下,冰层对结构的振动影响很小,对声辐射影响较大;圆柱壳与冰层接触时,冰层参数和潜浮状态对振动和声辐射特性影响很大;低频段时声指向性变化不明显,随着频率的增加在高频段时声指向性变得更为复杂;为研究极地冰区环境下的潜艇声振特性提供了一种途径。     

多设备源激励下水中柱壳结构声振特性研究

研究多个设备振动激励下的水中有限长圆柱壳体振动与声辐射特性。基于薄壳理论,建立单频多个设备振动激励下水中有限长圆柱壳体的声振耦合方程,采用模态展开法推导出多源激励下壳体振动响应和辐射声功率的解析表达式,分析设备激励源数、激励形式及其组合方式等对壳体振动响应和辐射声功率的影响规律。研究表明:多设备振动激励作用下,施加的多点激励力间距越大,壳体结构振速响应和辐射声功率越低;沿周向施加线激励力,不易激起壳体振动与声辐射,而沿轴向施加的激励力越集中,所激起壳体的振动与声辐射越强;在激励力合力相同的条件下,增加激励力接触面积可有效隔声。研究结果可为水下航行体的振动噪声控制提供理论依据。     

壳间新连接结构形式下双层圆柱壳声振性能分析

从衰减振动波传递入手,对双层壳间连接结构进行了声振设计。运用减振隔振原理和Snowdon隔振模型,提出具有高弹性、高阻尼的近似质量—弹簧—阻尼减振特性的橡胶—质量块新型壳间连接结构,并对双层壳声振特性进行了数值仿真分析,最后讨论了连接元件刚度、材料阻尼和中间质量块变化对双层壳声振传递特性的影响。研究表明：提出的新型壳间连接结构能有效降低双层壳振动声辐射;弹性连接元件的刚度、阻尼和附加中间质量变化对减振降噪效果有较大的影响。研究结果可供潜艇声隐身设计参考。     

电流变液夹层圆柱壳声振性能实验研究

本文选用自行配制的硅油基纳米硅粉和淀粉电流变液 (ERF) ,对灌注电流变液的夹层圆柱壳体的隔声性能及声激励结构响应进行了实验研究 ,对不同电流变液在外加电场下的流变现象进行了定性分析和比较 ,分析了外加电场对电流变液夹层圆柱壳体的声和振动的控制效果。实验结果表明 :施加电场后的电流变液夹层圆柱壳体对处于中、高频率的声波没有明显的吸收和阻隔效果 ,但对于由声激励引起的结构振动有明显的控制作用。无论对声传播还是声激振动 ,电流变材料的影响都是随频率变化而变化的。     

空气中钢筋混凝土圆柱壳声辐射特性研究

简支于空气中钢筋混凝土环肋壳的声固耦合问题,由于加强钢筋及环肋的作用使壳体的振动变得更为复杂,解析解解决此类问题存在困难。利用有限元软件ANSYS,分析了无肋及加肋壳体的声辐射特性,计算结果表明,采取合理的加肋措施可降低结构的辐射声压级。     

钢筋混凝土圆柱壳声辐射特性的有限元研究

空气中两端简支支撑的钢筋混凝土加肋壳体的声辐射问题,由于加强钢筋及环肋的作用增加了系统共振频谱的复杂性,用解析的方法解决此类问题存在困难。利用有限元软件ANSYS,分析了内部空气及环肋数量对壳体声辐射特性的影响。计算结果表明,在低频情况下,内部空气对壳体的声辐射特性影响不大,采取合理的加肋措施可降低结构的辐射声压级。     

基于解析解和边界元解的圆柱壳声辐射对比研究

针对工程广泛应用的圆柱壳结构,首次运用解析法探讨了边界元软件Sysnoise两种加载方式—基于单元(Element)加载和基于节点(Node)加载—对声辐射影响,以及两种加载方式在网格加密情况下的收敛性问题。得到一些对工程计算的有益结论：① 基于单元(Element)加载方式得到的结果要好于基于节点(Node)加载方式;② 基于单元(Element)加载方式网格加密时收敛到解析解,而基于节点(Node)加载方式网格加密后,不一定得到收敛结果。     

复杂边界条件圆柱壳自由振动特性分析

提出一种半解析法来分析圆柱壳结构自由振动特性。将圆柱壳壳结构在轴向方向分解为若干壳段,用沿轴向的Jacobi多项式和沿周向的Fourie r级数来表示各个壳段的位移函数,并采用罚参数法对圆柱壳结构的边界条件和壳段间的连续性条件进行模拟;最后,基于Rayleigh-Ritz法求得圆柱壳结构的自由振动频率。研究表明,该方法具有较好的收敛性,与公开发表文献一致性较高,研究成果可为复杂边界条件下圆柱壳结构自由振动特性分析提供数据积累和方法依据。     

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。     

双层圆柱壳舷间声通道对壳体声振性能的影响

针对水下航行器壳体辐射噪声问题较大的现状,将其简化为加肋双层圆柱壳结构,采用AML自动匹配声学辐射边界条件技术,考虑内外壳体与舷间/舷外流体之间的耦合,建立了含有舷间流体的双层圆柱壳模型,研究分析了有限元声振耦合法与附加质量法的差异,进而分析了舷间/舷外流体负载、舷间介质及托板对圆柱壳振声性能的影响规律。结果表明:基于AML技术的声振耦合方法对研究水下双层圆柱壳的声振性能更有效;舷间/舷外不同流体负载对结构声振性能影响较大,水的负载效果明显高于空气,低频段起到抑制振动、削减共振峰的效果,而高频段则加大了耦合作用,提高了结构振动响应及辐射效率;在150Hz以下的低频段,舷间为空气时的托板,对结构的振动和声辐射影响较大。     

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。     

一端周向激励的圆柱壳声辐射特性研究

针对一端受周向均布激励的圆柱壳建立了新的理论模型,结合线激励下平板的有效传递导纳理论对圆柱壳表面的振动响应及声辐射功率进行仿真计算和分析,结果表明一端受均布激励作用的圆柱壳表面的声辐射功率在中低频段随频率的增大而增加,在临界频率处出现较大的波动,在环频处达到最大值,之后仍有较小波动并略有下降。实验测量结果证明了理论模型的有效性。     

热环境中功能梯度圆柱壳声辐射特性研究

基于经典壳体理论,推导了热环境下,流场中功能梯度圆柱壳的受迫振动方程,研究了不同温度分布方式、壳体材料参数以及周围流场参数对功能梯度圆柱壳声辐射特性的影响。研究结果表明：温度变化会引起功能梯度圆柱壳材料特性的改变,在壳体内产生热应力,影响流场中壳体的声辐射特性。温度变化对不同频段壳体辐射声功率的影响不同。重流体中,温度变化对声功率的影响随着频率的增高而增大;轻流体中,温度升高使频率较低时的声功率峰值向低频方向移动,且峰值减小,当接近环频率时,随着温度升高,辐射声功率下降。均匀升温对壳体声辐射特性的影响高于非均匀升温。非均匀升温时,重流体中体积分数指数对辐射声功率的影响比轻流体中更明显,且主要体现在对峰值位置的影响。     

一种环布动力吸振器的圆柱壳声振控制设计

本文基于分布式吸振器(DVA)概念对低频域段圆柱壳壳体振动控制与壳内声传播抑制方法进行了研究。运用有阻尼式动力吸振器理论,基于COMSOL Multiphysics软件对研究对象进行了有限元建模分析,并根据激励位置给出了一种在圆柱壳内壁不等间距环布动力吸振器的设计方案。结果表明,在所研究的低频段(40 Hz~200 Hz)内,相对于等间距DVA环布方案而言,此方案具有更佳的减振降噪效果,在作用频段内最高达到了26 d B左右的振动抑制与20 d B左右的声衰减。此方案采用的DVA环布方式,可为大型装备壳体的减振降噪设计提供参考。     

主动约束层阻尼贮液圆柱壳的耦振与控制研究

在被动约束层阻尼(PCLD)贮液圆柱壳研究的基础上,考虑约束层的压电效应,导出了压电主动约束层阻尼(PACLD)贮液圆柱壳呈一阶常微分矩阵形式的电-液-固多场谐耦振的控制方程.由于该方程中所包含的液动压力系数和采用比例微分(PD)反馈控制策略时所必需的参考点径向位移都不能预先给定,无法直接求解.为了克服这一困难,采用新...     

水下圆柱壳低频声辐射特性及有源控制

利用振动模态及声辐射模态分析水下有限长圆柱壳低频模态辐射特性。计算各阶周向振动模态对辐射声功率贡献;将各阶周向模态下轴向振动模态分为奇、偶模态组,分析低频范围内振动模态组与声辐射模态对应关系;以主导声辐射模态声功率为目标函数对水下有限长圆柱壳低频声辐射进行有源控制。结果表明,低频范围内水下简支圆柱壳受径向点力激励时,仅前几阶周向振动模态对辐射声功率有贡献;同一周向振动模态下轴向为奇(偶)振动模态组产生的声功率与具有相同周向阶数而轴向为偶(奇)声辐射模态产生的声功率对应。通过控制前几阶主导声辐射模态即可完成对水下有限长壳体低频辐射噪声抑制。     

复杂边界条件下圆柱壳-环板耦合结构振动特性分析

采用谱几何法(Spectro-Geometric Method,SGM)构建了复杂边界条件/耦合条件下圆柱壳-环板耦合结构动力学特性预报模型,并分别对各自外在边界和二者之间的耦合边界进行建模。耦合边界通过设置具有线性刚度和旋转刚度的三维弹性耦合器模拟结构之间的各类耦合效应。圆柱壳和环板的振动位移容许函数被统一地描述为一种谱形式的改进三角级数。应用哈密尔顿原理从能量的角度推导耦合结构系统的特征方程。将此方法获得的结果与文献解及有限元结果进行对比,验证了分析模型的有效性。     

阻尼复合圆柱壳体声振特性理论研究进展与现状

本文综述了６０年代以来具有粘弹阻尼层的复合圆柱壳体声振特性,阐述了不同阻尼处理的复合圆柱壳体振动与阻尼特性的研究,以及该类壳体在声特性方面的研究,为进一步开展这方面的工作提供参考。     

《圆锥壳结构声振耦合特性分析》

通过利用LMS virtual.lab中的Acoustic BEM模块实现了FE/BE 声振耦合模型的仿真计算,且计算结果通过了混响噪声实验验证。在此基础之上,分析圆锥壳结构的声振耦合特性,并与不考虑声场的结构响应的情况进行了比较分析。结果表明声场的存在影响结构的响应幅值与分布,且耦合程度在不同频率下表现出不同特性。