时域有限差分法及其在室内声场模拟中的应用

时域有限差分法将声波基本方程表示为一个时间和空间的迭代方程组,实现对室内声场中低频段的模拟计算。在介绍时域肯限差分法基本原理的基础上,着重探讨采用时域有限差分法模拟室内声场时边界条件的处理方法及该方法在室内声场模拟中的应用。分析了该方法存在的一些问题及其应用前景。     

非自由声场三维重现的扬声器系统优化配置

扬声器的布置会影响空间三维声场的重现精度和效率。为了优化扬声器配置,基于边界控制原理,提出了综合采用传递函数法和QR算法的扬声器优化配置方法。该方法选出传递函数中最大线性无关的列向量对应的扬声器作为重现系统的声源。最后以汽车匀速行驶过程中车内声压信号作为目标,进行了扬声器系统优化配置的试验。结果显示优化后11个扬声器能达到原21个扬声器的重放效果,并且大幅度缩短了计算扬声器激励所需的时间,说明该方法可以有效实现三维声场重现系统中扬声器系统的优化。     

室内声场模拟中的界面声散射

室内声场模拟中引入扩散反射对提高模拟的准确性具有重要意义,但采用单值散射系数无法完整表示界面的扩散反射特性。受几何声学中扩散反射模拟方法的限制,界面有效散射系数存在不确定性。通过改变一个矩形房间中的吸声量、吸声布置方式及表面几何复杂程度等声场条件,对混响时间的模拟值与实测值进行比较,分析了由界面散射系数不确定性产生的模拟偏差与房间内声场扩散的关系。     

水池声场的快速计算方法

基于封闭空间声场理论计算水池声场存在收敛速度慢的问题,提出了一种水池声场的快速计算方法,该方法通过将水池声场表达式由三重无穷级数展开转化为二重无穷级数展开,x、y和z三个方向本征值相互依赖等措施,有效地提高了声场计算收敛速度。同时,为避免计算溢出问题,改进了声场计算策略,保证了声场计算精度。数值仿真和试验都验证了该计算方法的有效性和正确性。     

室内声场计算机模拟软件ODEON在声学设计中的应用

文章对室内声场计算机模拟方法和Odeon软件的功能、算法及特点做了简要介绍，并对其在厅堂音质方面的应用进行了阐述。由于不断的发展和完善，声场计算机模拟技术已成为声学设计的一项可靠而高效的工具。     

柱坐标系下浅海传播声场时域有限差分预报方法

直角坐标系下的时域有限差分方法在水声传播仿真时由于计算量太大而较少应用。文章利用时域有限差分方法推导了柱坐标系下的声波方程的近似表达式,结合复频移完全匹配层建立浅海声传播模型,在减少计算量的同时准确预报了传播信号声压的时域波形、传播声场的时空演变过程以及频域传播损失曲线。在柱坐标系下使用时域有限差分方法仿真Pekeris传播环境声场并与简正波和波数积分模型进行对比,分析了时域有限差分水声传播模型的适用范围。结果表明,时域有限差分方法仿真浅海中近程传播声场精度较高。模型的稳定性与时间和空间网格大小有关,声源频率越高,空间和时间网格划分越小,计算量越大。数值离散带来的频散误差累积会导致远场传播声场计算不准确,因此时域有限差分水声传播模型更适用于低频中近程声场计算。     

瞬态声品质时域传递路径方法与应用研究

全球化竞争日趋激烈和消费者对汽车舒适性要求越来越高,迫使各汽车公司加快了NVH开发进程,汽车声音的控制逐渐进入声品质控制阶段。创新性提出一种基于时域传递路径分析的瞬态声品质分析方法和流程。采用考虑奇异值截断的去卷积滤波器方法建立时域去卷积网络。构建了车内瞬态噪声合成模型,并在时频域上分解和分析了发动机的结构声贡献和空气声贡献。通过视听比较合成噪声和测量噪声,以评审团主观评价打分的形式来验证模型的准确性。进一步对合成噪声进行主观声品质评价,将车内噪声合成模型延伸至虚拟车内声品质预测模型。基于该模型,找到声品质贡献较大的路径,并且通过虚拟修改各路径传递函数值,来优化车内声品质,为制定车内声品质改善措施提供指导依据。     

聚焦超声声场中的散射体成像方法

在实验室条件下,研究了聚焦超声声场中的散射体成像问题。将一个纽扣作为散射体置于一聚焦换能器所产生的声场中,以频率为1.17MHz的脉冲信号经功率放大后激励聚焦换能器,声波作用于纽扣后发生散射,借助于三维自动扫描系统和PVDF膜片水听器,测量得到了散射声场中前三次谐波的声场分布,膜片水听器敏感元件有效尺寸为1mm。利用角谱法反演了散射体所在处的声场,通过与散射体实际的形状特征进行比较,发现反演的结果与散射体特征吻合良好,由此得出结论,在信噪比足够大的情况下,利用聚焦声场所产生出的高次谐波,可以得到分辨率较高的成像效果。     

基于马尔可夫随机场的快速乘性迭代盲去卷积

提出了一种乘性迭代盲图像去卷积算法,该算法假定被估计的图像与PSF满足MRF模型.除了自动地保持非负性约束外,算法引入了一组新的具有抗噪功能的差分算子,该算子首先加权求和然后进行差分运算.交替最小化方法被用来将盲图像去卷积这一非线性反问题线性分解为交替的图像恢复步与PSF估计步.在交替迭代过程中,考虑到算法收敛较慢,一种称为向量外推的加速方法被采用.数值实验结果表明,本算法能快速地实现对降质的中巴地球资源卫星02B星高分辨率图像的复原,同时有效地保存了图像的细节边缘并抑制了噪声.     

基于声辐射模态的声场重建中的测点优化方法

少测点条件下,利用声辐射模态理论重建声场时,测点布置方式是决定声场重建精度的一个关键因素。为求得最佳测点布置方式,提出了一种基于声辐射模态的最优测点选择方法,即基于声辐射模态矩阵的奇异值分解,采用循环迭代的方式,逐次去除对其最小奇异值最敏感的测点,从而得到了一组使重建方程条件数最小的测点。实验结果表明,利用文中提出的最优测点选择方法布置测点,能够对声场进行有效的重建,重建效果优于均匀布置方式,显著提高了声场重建精度。     

不同边界条件下截顶正交各向异性圆锥壳的振动和声辐射研究

采用波传播法和Galerkin法,研究了两端简支和固支边界条件对截顶正交各向异性圆锥壳的固有频率和声辐射的影响,通过与现有文献及数值仿真结果相比较,验证了理论分析的正确性。结果表明,简支和固支边界对正交各向异性圆锥壳固有频率的影响与圆锥壳半顶角的大小和母线与环向方向的弹性模量比的大小相关。当正交各向异性圆锥壳的半顶角较大时,对与不同的弹性模量比,固支圆锥壳的固有频率都大于简支圆锥壳的固有频率;而对于小半顶角的正交各向异性圆锥壳,当弹性模量比较小时,简支圆锥壳在大周向波数处的固有频率略大于固支圆锥壳的固有频率。随着圆锥壳半顶角的增大,两种边界对正交各向异性圆锥壳的声压级的影响也逐渐增大。     

转子-轴承系统液体式在线自动平衡装置研究综述

针对自动平衡装置可在线调整转子-轴承系统不平衡状态、提高设备工作效率、延长设备使用周期,通过分析国内外已有液体式在线自动平衡装置,认为注液式、释液式及连续注排液式三种平衡装置均因注排液过程存在诸多缺陷。液体转移式平衡装置在平衡过程中无需注液、排液,可从根本上避免三种结构因注、排液造成的缺陷,是一种理想结构。在保持注液式平衡装置结构简单、旋转部分无可动部件等优点前提下研究开发实用的液体转移式平衡装置,是液体式平衡装置极具前途的发展方向。     

整体平动自由结构载荷时域识别技术研究

研究整体平动自由结构载荷识别的Green函数法及应用途径。建立测点绝对运动加速度与动态激励力卷积关系,采用截断奇异值分解的正则化方法求解反卷积问题。以受轴向激励自由梁为对象,考虑不变及变截面模量两种情形,讨论整体平动及变形运动在核函数中的构成比例与核函数矩阵病态特性关系,分析结构整体刚度及测点部位局部刚度对载荷反演精度影响机制及测点布置需考虑的刚度因素,提高正则化方法计算稳健性;分析复杂的组合薄壁结构,以一点响应反求其在牵制释放实验中所受冲击载荷进行结构瞬态响应有限元仿真,比较多点仿真与实测结果,验证反求方法的有效性。     

一种圆锥形变幅杆弯曲振动固有频率的计算方法

提出了一种圆锥形变幅杆弯曲振动固有频率的计算方法。先忽略剪切变形和惯性矩作用,基于Euler-Bernoulli杆理论求解出固有频率初值,再计入二者的作用进行弯曲振动固有频率的修正。应用有限元分析法和模态实验测试对该方法进行了验证,理论结果与实验结果相吻合,误差在5%以内。基于该方法编写了程序,实现了弯曲振动变幅杆结构的主动设计。     

基于EMD和MKD的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承早期微弱故障特征难以提取的问题,提出基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)与最大峭度解卷积(Maximum Kurtosis Deconvolution, MKD)的滚动轴承故障特征提取方法。利用EMD方法分解振动信号得到一组固有模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF),然后根据时域峭度和包络谱峭度,筛选出敏感IMF分量进行信号重构。然后对重构信号进行最大峭度解卷积处理以增强故障信息,最后得到包络功率谱,从而获得轴承故障特征频率信息。通过实验台信号验证了所述方法的有效性及优点。     

静水压力下高分子材料黏弹性动力学参数测量

提出测量静压下高分子材料黏弹性动力学参数方法。分别制作均匀实心覆盖层及圆柱空腔覆盖层样品,测量实心覆盖层复反射系数计算复纵波波数,测量圆柱空腔覆盖层复反射系数,结合圆柱空腔结构变形,利用圆柱管中轴对称波特征方程计算复剪切波波数,综合复纵波波数与复剪切波波数计算静压下复杨氏模量及复泊松比。对橡胶材料进行声管测试,分析、总结静压对黏弹性动力学参数影响规律。测量某吸声覆盖层静压下反射系数,并与用实测材料参数计算的反射系数进行比较,验证方法的可靠性。     

铣削过程颤振稳定性分析的研究进展

综述铣削过程颤振稳定性分析的研究概况和进展。颤振建模和稳定性分析是该方法两个关键环节。依据颤振形成的物理条件,将其分为摩擦型颤振、振型耦合型颤振和再生型颤振。从切削过程的非线性和切削系统的非线性两方面,重点介绍再生型颤振的非线性建模的研究成果。稳定性分析方法根据对颤振模型的求解方法,分为频域法、离散法及数值法,概括了各个方法的特点、效果及适用工况。最后介绍了近来兴起的微细铣削研究领域中颤振稳定性分析的研究成果。由于其尺度效应,微细铣削加工具有独特的加工机理和特点,颤振建模中需考虑的因素与传统铣削多有不同,但稳定性分析方法仍大多沿用传统铣削中的方法。     

考虑温度因素的磁流变减振器的优化设计与实验

磁流变(Magneto-rheological简称MR)减振器在运行过程中,会出现阻尼力随温度升高而下降的现象,为了在不同温度下都能输出足够的阻尼力,在结构设计时考虑温度因素至关重要。为此,本文引入了评价系数,对较高温度下MR减振器是否有能力能够输出足够的阻尼力进行衡量,并与MR减振器的最大阻尼力和动态范围作为优化目标。利用有限元方法获得了工作区域的磁感应强度,并采用响应面法建立二阶预测模型描述了磁感应强度与结构参数之间的非线性关系;结合非支配遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA II)对MR减振器的进行了多目标优化设计,根据优化结果制造了磁流变减振器,并进行了试验测试,验证了设计方案的有效性。     

多自由度系统中标量传递率的不变性及其应用

标量传递率函数描述了多自由度系统中两个自由度的响应之间的关系,随着应用范围的延伸,近年来标量传递率逐渐受到了重视。本文从串联系统出发,证明了多激励作用下多自由度系统中标量传递率在某些条件下具有不变性,提出了该性质的统一的适用模型,并通过数值方法验证了结论的正确性。在振动台模型实验中的应用表明,该性质可以在实际问题中起到指导作用。     

基于结构加速度误差最小化的声学预测模型修正

针对FEA（有限元分析）声学预测方法,提出了基于结构加速度响应误差最小化的声学预测模型修正方法。以模态迭加法为基础,结合模态应变能模态阻尼识别和频域载荷识别原理,重构了FEA声学预测模型,通过遗传算法优化结构损耗因子,使结构加速度响应计算值与实验值误差最小化,从而识别系统模态阻尼比及激励力,实现对声学预测模型参数的修正。将该方法与传统计算方法预测结果对比,结果表明：该方法可以精确识别系统模态阻尼和激励力,提高模型预测精度。