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。     

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。     

基于有效线导纳的单筋圆柱壳振动声辐射分析

周向激励下加筋圆柱壳体振动和声辐射特性的研究是预测水下航行器壳体噪声的关键环节。基于有效线导纳理论和有效线导纳对简单圆柱壳体分析的基础，建立周向激励下单筋圆柱壳体的受力模型，得到振动响应计算公式，并对单筋圆柱壳体的振动响应和声辐射功率级进行实例计算和分析。计算结果表明：壳体表面加强筋处的局部振动响应得到有效抑制，幅度可降至原来的1％，但对整个壳体结构声辐射影响较小，功率仅降低1％左右。同时表明有效线导纳的理论能够正确有效地对周向激励下加筋圆柱壳体的振动响应和声辐射进行预报和分析。     

复合材料夹芯圆柱壳水下振声性能试验研究

为了评估复合材料夹芯圆柱壳的振动和声辐射特性,专门设计了一个复合夹芯圆柱壳模型以及一个等质量的钢壳作为对比模型,进行水下振动和声辐射试验。试验结果表明:吸声壳和钢壳前七阶固有频率测试值与有限元仿真结果吻合较好,说明了实验结果的可靠性。钢壳和复合材料壳频响测试曲线与数值仿真结果在低频段的吻合程度更高,且钢壳频响测试曲线与有限元计算曲线吻合程度优于复合材料夹芯壳。从复合材料夹芯壳的减振效果来看,试验测试平均减振18.3 dB,数值计算结果平均减振18.9 dB,说明该芯材壳体具有良好的阻尼性能。从复合材料夹芯壳低频段的吸声效果来看,八个方位角处声压级最大降幅为5.05 dB,平均降幅为2.28 dB,表明该复合材料夹芯圆柱壳能够有效抑制低频线谱噪声。     

多蛋交接仿生耐压壳声学特性研究

以鹅蛋为原型,通过Kitching方程描述鹅蛋的形状函数,开展多个蛋形壳交接仿生耐压壳的远场水下辐射噪声特性研究。采用有限元和无限元方法建立水下多蛋交接仿生耐压壳的流固耦合模型,分析蛋形壳个数和主要设计参数对辐射噪声的影响规律。研究结果表明,对于四个以下、长轴为2.4 m的蛋形壳交接耐压壳体,在每个蛋壳相同垂向激励位置引起的声辐射曲线特征相近。相对于单个蛋壳,交接蛋壳数量增加时声辐射曲线会出现低频弯曲峰值线谱,但不显著影响整体声学特性。蛋壳长轴越短,交接后的耐压壳辐射噪声越低,越有利于辐射噪声控制。在满足工程需求的前提下,应协调优化蛋壳长轴的长度和交接数量以保证较优的结构力学特性和辐射噪声特性。分析结果可为低噪声水下仿生耐压壳结构设计应用提供有效参考。     

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。     

弹性圆柱壳结构振动有源控制理论分析

以两端为简支边界条件的弹性圆柱壳为研究对象,基于Donnell—Mushtari的壳理论分析了圆柱壳自由振动固有频率和结构模态,应用模态叠加方法得出圆柱壳在简谐点力激励下的响应。采用不同控制策略,对圆柱壳结构振动进行有源控制,并结合二次最优理论建立圆柱壳振动有源控制理论模型,得出不同控制策略下的最优次级力。基于所建模型进行计算机仿真,对两种控制策略下圆柱壳结构振动有源控制进行比较分析,所得结论对圆柱壳结构有源控制相关研究具有参考意义。     

激励力作用位置对圆柱壳辐射声功率影响研究

潜艇上的机械设备不平衡运转会产生激励力,不平衡运转设备引起的艇体噪声是辐射噪声的主要成分。因此研究激励力的位置与声功率的关系是非常具有意义。文章建立了环肋圆柱壳结构声振动分析模型,基于力辐射模态从激励力作用位置变化方面对环肋圆柱壳进行数值计算和分析,研究激励力作用在不同位置处时,辐射声功率的变化规律。为了给出激励力作用位置与壳体辐射声功率的关系,运用力辐射模态概念,依据力辐射模态形态特征,分析判断激励力作用位置对辐射声功率的影响,为有效地减少圆柱壳辐射声功率提供了更为方便的技术手段。     

110kV变压器有源噪声控制系统电声器件布放的优化设计

阐述自由声场中基于多点声源阵的有源噪声控制策略.结合实验测量的某型号110kV变压器噪声数据,运用多声源阵有源控制策略对其低频噪声进行有源控制.通过对仿真结果分析,总结出控制系统中次级源与误差传感器个数、它们的空间排布对控制效果的影响规律.理论上次级源与误差传感器的个数越多,控制效果越好.但过多的次级源与误差传感器必然...     

管路脉动有源控制邻频插值次级通道建模方法

管路脉动有源控制系统中,泵源工作时产生的线谱噪声会对次级通道辨识结果造成较大误差。为解决泵源运行状态下次级通道建模的问题,理论分析了泵源关闭和启动两种状态下给次级通道建模造成的影响。设计了邻频插值次级通道建模的方法,有效地避开了线谱噪声源。该方法首先辨识得到待建模频率点ω_0处相邻两侧频率点的次级通道模型,并提取两侧频率点处模型的幅值和相位,对其线性插值作为ω_0处次级通道的幅值和相位特征。在管路脉动有源控制实验系统中,利用邻频插值建模方法进行了建模实验,验证了方法的可行性,并将模型应用在改进后的FxLMS算法中,在实验系统中取得了多根线谱均在25 dB以上稳定的控制效果。     

水中有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射影响因素研究

本文以水中有限长纵向加肋圆柱壳体为研究对象,推导了水中有限长纵向加肋圆柱壳体的声固耦合振动方程,其中纵向肋骨的作用表现为在基本圆柱壳体声固耦合振动方程中增加相应的附加阻抗,因此壳体的振动和声辐射由壳体机械阻抗、辐射阻抗和纵向肋骨附加阻抗决定。通过数值仿真算例对外力激励下有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射影响因素进行了研究。结果表明纵向加肋对水中圆柱壳体的辐射声功率影响不大,但壳体表面平均振动速度明显降低,而材料损耗因子对几乎所有频段内水中圆柱壳体的辐射声功率和表面平均振动速度都有明显抑制作用。     

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。     

自适应空间有源消声最佳消声效果的实现

本文针对一个自适应有源消声控制系统以及一个以点声源为次级源的声系统，就如何实现空间最佳消声效果问题进行了讨论，给出了误差传声器的个数及空间位置与空间消声效果之间的关系，提出误差传声器应放置在实现消声后声压的极小方向上。所得结论在实验中得到了证实。     

阻尼材料对环肋柱壳稳态响应影响的分析

利用Ｆｌｕｇｇｅ壳体理论，讨论了敷设自由层粘弹性阻尼材料的环肋柱壳受周期性径向激励的稳态响应，用复模量形式计及基壳和粘弹性阻尼材料的损耗因子，并计入流固耦合作用，讨论了粘弹性阻尼材料的物理参数和厚度对其稳态响应的影响。     

基于相似理论对水下复杂壳体的振动和声辐射预报

采用有限元和球函数相结合的方法，建立水下复杂壳体——两端带半球壳的加肋弹性圆柱壳的振动、耦合振动和声辐射方程，运用方程分析法，导出水下复杂壳体的振动、耦合振动和声辐射的相似关系，根据建立的相似关系实现对壳体的振动响应和声辐射的预报。采用大型有限元软件ANSYS对具有相似关系的模型和原型的振动响应和尸场进行分析，算例表明，方法切实可行并且为预报水下大型复杂结构体的振动响应和耦合声场提供了一种简洁、实用的研究方法。     

三维空间有源消声的一种通用优化方法

本文根据声源辐射理论、声场叠加原理以及测得的声功率大小与所选取的测量面无关这一特点,提出了一种通过最小化初级声源和次级声源总的声功率对三维空间噪声的主动控制进行优化的数值方法。文中采用边界元近似,将总的声功率表示成次级声源复强度的二次型正实函数。本优化方法是Bullmore 等人提出的解析方法的推广,具有广泛的适用性,可用于设计初级声源在各面元上的声压可知、次级声源到各面元上的声传播可确定的任何场合下控制器优化传递函数。计算过程中仅用了几次复矩阵乘法和一组复系数线性方程组的求解,因此计算简便、速度较快。文中采用这种方法对圆柱壳和无幕活塞辐射器这两种具有典型指向特性的分布初级声源辐射噪声的优化控制问题进行了研究,说明了方法的有效性。文中还给出了实验验证结果。     

基于方程误差法的IIR滤波有源噪声控制算法

在前馈有源噪声控制系统中会存在声反馈现象:次级声源产生的声信号反馈至参考传感器处。采用IIR滤波器能更好匹配有零极点的最优解,减弱声反馈影响。为克服FvLMS算法全局收敛性差的缺陷,提出采用比方程误差法(EEM)的计算量更小的EEM-FvLMS算法。在考虑声反馈的情况下,进行基于FvLMS算法和EEM-FvLMS算法的有源噪声控制仿真实验。仿真结果表明:对于窄带噪声,EEM-FvLMS算法性能更优;对于风机噪声,FvLMS算法与EEM-FvLMS算法性能相当;对于FvLMS算法不能控制的误差信号中的干扰信号,EEM-FvLMS算法也能有效控制。     

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。