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。     

少量测点条件下提高结构法向振速重建精度和分辨率的方法

为了解决少量测点条件下利用近场声全息技术重建结构表面法向振速精度和分辨率不高甚至失效的问题,提出了一种基于声压声辐射模态的全息面插值算法,可有效提高结构法向振速重建精度和分辨率。计算全息面声压声辐射模态向量;根据声压声辐射模态收敛性,求取截断声压声辐射模态展开系数的最小二乘解或Tikhonov正则化解,由此计算出插值点处的声压值;利用插值后的全息面数据重建结构表面法向振速。简支平板激励仿真和音箱实验均表明,少量测点条件下利用该方法能够有效提高结构法向振速重建精度和分辨率,验证了方法的有效性。同时音箱实验验证了方法的可行性。     

基于矢量阵测量的局部近场全息技术研究

统计最优近场声全息技术是通过全息面上测量声压的线性叠加来反演重建面上的声学量,可以从理论上克服基于傅氏变换的近场声全息技术的局限性。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,采用声压和质点振速测量来进行声全息计算,推导了基于振速测量的统计最优柱面近场声全息技术的重建公式。利用所编制的程序进行了仿真验证,最后设计矢量水听器进行水中全息实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明,该技术在水中柱形声源辐射声场的噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

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。     

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。     

利用部分声源面测量数据识别噪声源

为利用声源面少量测量数据识别噪声源,提出了一种基于声辐射模态的联合利用声压与法向振速进行噪声源识别的方法。首先,对辐射声阻抗矩阵进行特征值分解,得到基于振速的声辐射模态;然后,推导出了与基于振速的声辐射模态具有一一对应关系的基于声压的声辐射模态;最后,建立了联合利用声压与法向振速的噪声源识别公式。进行了单点激励下的简支平板数值仿真和固支平板激振实验,结果表明:该方法能够联合利用少量的声压与法向振速对声源面的声压和法向振速进行较好的重建,从而实现噪声源识别。该方法的提出能够促进基于声源面测量的噪声源识别技术在工程实际中的应用。     

基于波叠加与统计最优近场声全息的单面声场分离技术

基于空间声场变换的近场声全息以及统计最优近场声全息都要求全息面一侧的声场必须为自由声场。为了克服应用上的局限性,提出了一种波叠加方法和统计最优近场声全息相结合的方法。针对现有的双全息面声场分离技术需要在两个全息面上进行声压测量,效率较低的问题,首先采用波叠加算法根据全息面上的声压重构出某个重建面上的声压,然后利用全息面和重建面的声压数据采用统计最优近场声全息技术分离出全息面某一侧声源在全息面上单独产生的声学量,从而以更少的测点数在全息面两侧都存在声源的情况下实现空间声场分离。实验和数值仿真验证了该方法的有效性和可行性。     

水下目标低频辐射噪声矢量声场干涉测试分析

矢量传感器具有与频率无关的偶极子指向性,可以同步、共点和独立测量声场中的声压和质点振速,在水下目标辐射噪声测量领域得到广泛应用.本文采用虚源干涉模型和简正波矢量声场理论,计算和仿真分析了水下目标低频辐射噪声声压与质点振速近程声场的时间-频率干涉图案,利用单矢量传感器辐射噪声测量系统在北黄海海域对单个和两个目标的水下辐射噪声进行了测试和分析.结果表明:水下目标低频辐射噪声声场质点振速水平分量与声压的时间-频率干涉条纹具有相似性,而声场质点振速比声压的时间-频率干涉条纹清晰,且质点振速能够抑制目标与目标辐射噪声之间的干涉;利用质点振速LOFAR图,可以判定水下目标的数目,区分水面和水下目标.     

PSO_SA算法在水下结构激励力源识别中的应用

提出一种识别水下弹性结构内部激励力源的匹配场处理方法,建立基于辐射声场的广义拷贝场概念,并提出采用粒子群模拟退火融合搜索算法对最优力源强度进行匹配搜索。以水下自由声场中的单层圆柱壳体作为研究对象,对声压传递函数进行了数值计算,针对激励力源识别匹配场处理方法进行了数值仿真分析;在消声水池中进行了水下单层圆柱壳体结构振动与辐射声场测试,将测试结果与拷贝场进行匹配处理,搜索最优力源强度,并以该搜索结果进行了圆柱壳体辐射噪声预报。仿真结果与试验结果均表明,这种方法可以有效的针对结构内部的力源强度进行分析排序;同时,利用匹配识别的结果进行辐射噪声预报时,预报精度很高。     

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。     

水下圆柱壳声辐射有源力控制及机理分析

研究了利用力激励进行水下有限长圆柱壳振动声辐射有源控制问题。考虑流固声振耦合作用,根据圆柱壳辐射声功率在周向相互解耦的特性,推导了次级力源最优强度解析表达式,比较了单个力和多个力有源控制后的降噪效果;利用圆柱壳结构振动模态和声辐射模态的对应关系,分析了圆柱壳声辐射有源力控制的物理机理。研究结果表明:多个次级力更能有效地控制壳体产生声辐射的振动部分而达到控制噪声的目的;水下圆柱壳的前几阶声辐射模态的辐射效率很高,而辐射模态幅度较低,有源控制机理在于降低与结构振动模态对应的声辐射模态幅度,从而有效控制结构振动产生的声辐射。     

基于NAH变换的两端封闭有限长圆柱壳体内部声场重建

首先采用模态叠加法计算出两端封闭圆柱壳体的内部声场,然后在Neumann边界条件下推导圆柱壳体内部NAH变换算法,将声场中近场面上的全息数据与NAH变换算法结合实现内部声场的重建,最后比较重建的声场分布与模态叠加法计算出的声场分布,结果表明:通过NAH算法重建的声场分布能较好地与模态叠加法计算出声场吻合.     

基于圆柱近场声全息的水下声源定位实验验证

为提高水下航行器的声隐身性,或者减少其对海洋环境的噪声影响,噪声源的定位与识别对于制定合理的控制方案具有重要的工程价值。同时,对水下航行器的声辐射特性进行评估和管理是其升级和使用过程中不可或缺的环节之一。近场声全息技术利用在船体表面附近测量面测得的声压数据,采用声场变换方法,既可反向重建辐射声源面声场从而定位船体上的噪声源,也可正向重建测量面外部声场从而预测远场声辐射。通过OROS水下声全息软件展示如何利用NAH进行声源定位和远场预测,该软件是目前市场上唯一的水下近场声全息解决方案。考虑到水下航行器以圆柱体结构居多,本文开展了圆柱近场声全息的实验研究,得到了准确的辐射声场信息,验证了该方法的准确性和有效性,为圆柱近场声全息技术的水下工程应用提供参考。     

应用匹配场实现单矢量水听器的三维定位

将匹配场原理应用到单矢量水听器上实现声源的三维定位,根据声压、质点振速表达式进行推导,获得Bartlett相关表达式并进行分析和仿真。对仿真结果进行分析后指出:声压方法可以获得距离、深度估计,但无法区分角度;声压、轴向振速、法向振速组合可以区分角度并且分辨左右弦,但是同声压方法相比,距离深度分辨严重下降;而垂直振速、轴向振速、法向振速组合可以区分角度并且分辨左右弦,并且在距离、深度上比声压方法稍有提高。所以在单矢量水听器下,为了同时获得距离、深度、角度的估计,需要应用垂直振速、轴向振速、法向振速组合方法。     

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。     

平面近场声全息信噪比估计方法研究

针对全息面复声压信噪比对声场重构结果影响较大、往往不能直接测量问题,采用二维小波分析方法进行全息面信噪比参数估计,分析小波函数、分解层级对信噪比估计准确性影响,明确二维小波分析的参数选取,并以受简谐激励作用的四周无限大障板简支钢板为对象进行辐射声场全息重构仿真分析。结果表明,信噪比参数对实现准确声场全息重构十分重要,用二维小波分析方法进行全息面信噪比参数估计有效且可行。     

声压传感器与振速传感器中心不一致带来的定向误差分析

声矢量传感器由声压传感器和质点振速传感器组成,可用在空间某点同步测量声场的声压和质点振速信息。但矢量传感器在实际制作时,可能存在声压传感器和质点振速传感器中心不一致的情况,即矢量声场的非共点测量。这会使得声压与振速通道之间的接收信号存在时延差,从而影响矢量传感器的定向性能。从理论上分析了时延差对平均声强法定向的影响,即降低了信号处理的信噪比及引入π相位的定向误差,并提出采用互相关声能流法进行定向。通过仿真分析了中心不一致、入射角度和信噪比等因素对不同类型的目标定向结果的影响,并验证和讨论了互相关声能流定向算法的有效性和适用性。     

基于声压振速联合信息处理的测向方法研究

本文研究了基于压差式矢量传感器声压振速联合信息处理的低频水声目标被动声测向算法,该方法综合利用了目标声场的声压和振速信息,有效的解决了小尺寸和低频条件下的高精度被动声测向,最后用实测的潜艇噪声数据进行了计算机仿真,并在消声水池对压差式矢量传感器的指向性进行了测试,获得了比较满意的结果     

摩托车变速箱端盖辐射噪声仿真分析

应用有限元软件Nastran与边界元软件SYSNOISE对摩托车变速箱端盖的辐射噪声进行了仿真计算分析研究,预测了外部声场辐射噪声声压,分析了声场声压与结构模态频率之间的关系,确定了辐射噪声的关键区域和频带,结果说明FEM/BEM方法是预测辐射噪声的有效方法,分析结果为我们下一步声学优化打下了基础。     

基于波叠加方法的水下声源辐射声场预报及实验研究

根据基于波叠加方法的声全息技术研究了水下声源的辐射声场预报问题,通过水听器阵列测得的复声压预报三维空间声场的声特性。数值仿真分析了一有限长圆柱壳模型在不同频率力激励作用下的声场预报精度,发现测量阵列尺寸与结构尺寸相近即可准确预测声场。水池和湖上实验分别对柱形换能器声源和加肋双层圆柱壳受激辐射声场进行了预测并和实测值进行了对比,结果表明该方法是一种稳健有效的声场预报方法。不同频率下,二者误差一般在3dB以内,能够满足工程需要。为实际水下大型结构的空间声场预报和降噪性能预估提供了工程参考。