复杂结构体的声辐射模态远场计算方法

声辐射模态在主动结构声控制领域取得了满意的噪声控制效果,但缺乏有效简便的远场测量或计算方法已成为其进一步发展的瓶颈。基于远场封闭包络与结构表面辐射声功率相等,借助声传递矩阵的概念,将声辐射模态的求解转换到流体域进行求解,获得了一种通用的任意结构远场声辐射模态求解方法。为了验证方法的可行性,利用不同的场点包络形状、不同距离的场点以及不同的场点数目对其性能进行分析,主要包括结构辐射声功率、声辐射模态幅值、声辐射模态效率。利用获得的声辐射模态计算脉动球的辐射声功率,并与其理论解进行比较,计算结果显示不同的场点状态对辐射声功率的影响较小,所获取的声辐射模态和辐射效率具有较高的可信度。同时,本方法可为远场测量声辐射模态提供理论参考。     

实验测量声辐射模态

通过实验方法测量得到振动结构的声辐射模态及其辐射效率。首先通过辐射算子分析任意结构的声辐射模态,然后根据互换原理,在远场布置声源,通过测量结构表面声压,得到辐射算子。最后以一平面玻璃板为例进行实验研究,通过互换方法测量了前5阶声辐射模态和对应的辐射效率。实验结果表明通过互换方法测量声辐射模态是可行的。     

结构声辐射的源强声辐射模态分析方法

为了解决不易获取复杂结构振速声辐射模态和利用其计算复杂结构外辐射声场困难的问题,提出源强声辐射模态分析方法。该方法利用简单源积分公式将结构表面连续的源强分布等效为一组简单源源强分布,利用这组简单源源强分布构造了结构辐射声功率2次型表达式,其2次型系数定义一个辐射阻矩阵,辐射阻矩阵的特征向量就构成了源强声辐射模态,从而实现复杂结构总辐射声功率的解耦。只要获得声辐射模态的展开系数,声场中的声压、质点法向速度等声学量都可由源强声辐射模态叠加得到。球形声源和棱台体声源的分析表明：源强声辐射模态保留了传统的声辐射模态优点,更方便解决复杂结构声辐射问题。     

有限元与声辐射模态的薄板声辐射灵敏度分析

采用有限元与声辐射模态方法研究了薄板声辐射的灵敏度。应用有限元方法求出结构的速度分布后,利用Rayleigh积分求出薄板的声压,然后将薄板的声辐射功率表示为薄板速度分布的正定厄米特二次型;将薄板的声辐射功率对设计变量求偏导,薄板声辐射的灵敏度转化为阻抗矩阵的灵敏度与速度分布的灵敏度,最后通过声辐射模态理论和有限元方法可以分别求出结构阻抗矩阵的灵敏度与速度分布的灵敏度。以四边简支的薄板作为数值算例,对所提出的方法进行了验证。     

复杂结构的声辐射解耦及其声辐射效率分析

提出一种用边界元方法与声辐射理论求解复杂结构的声辐射模态与声辐射效率的理论方法。先将结构的声辐射功率表示为一个正定的厄米特二次型，运用广义特征值分解求解了复杂结构的声辐射模态，然后利用声辐射模态关于阻抗矩阵与均方速度耦合矩阵的正交性，求解了复杂结构的声辐射效率，最后用具有解析解的脉动球与辐射立方体验证了该方法的有效性。     

非均匀阻尼板的复模态与声辐射特性

针对非均匀分布的附加阻尼对板结构声-振特性的影响展开研究,采用数值模拟计算不同阻尼型式及不同阻尼面积比例下矩形平板振动的复模态特性和声辐射特性,此外还探讨流体加载效应的影响。研究结果表明,在同样的高阻尼敷设面积下,非均匀阻尼板不同构型间阻尼效果的差别较大,集中分布的附加阻尼效果优于分散分布的附加阻尼;高阻尼敷设区域越接近振型的波腹处则该阶结构模态的阻尼比越大,对声辐射功率的"削峰"作用也越明显;非均匀阻尼在水中的影响比在空气中小。     

列车车轮振动模态声辐射效率研究

根据列车车轮的几何对称性,用有限元法建立车轮的轴对称模型和90°扇区模型,计算不同节径数下的振动模态。在模态分析的基础上,应用边界元法计算了50—6000Hz频率范围内车轮振动模态的声辐射效率。结果显示,在低频段车轮振动模态声辐射效率较低,在高频段的辐射效率趋向于1。两种模型的计算结果一致,与理论相符。     

基于间接边界元法开孔板声辐射研究

针对开孔板结构进行声学数值模拟。首先利用有限元软件Patran进行开孔板建模、网格生成以及模态分析,并将模型和模态结果导入声学仿真软件Virtual. Lab Acoustics进行声辐射分析,得到开孔板结构的辐射声功率以及指向性声功率。并在此基础上研究开孔形状、开孔尺寸以及加强筋对板结构声辐射的影响,发现板结构固有频率是影响声辐射的重要因素。     

利用声辐射模态进行声功率的灵敏度分析

采用声辐射模态进行结构辐射声功率计算,具有消除结构振动模态中复杂耦合项的优点,使得计算结构声辐射变得简单。结构声学灵敏度分析包括三类设计变量,以往绝大多数的研究只对其中一类或者两类设计变量进行了分析。而本文采用声辐射模态的方法,对全部三类设计变量进行声学灵敏度分析。对球源声辐射模型进行仿真,该方法计算结果接近理论解,由此证明了该方法的有效性。     

圆板轴对称弯曲振动的模态声辐射效率

采用将声强对辐射面积分的方法获得轴对称弯曲振动圆板在固定、简支及自由边界条件下的模态辐射声功率,进而获得其模态声辐射效率.采用高斯-勒让德数值积分法计算出固定、简支及自由边界条件下圆板的模态声辐射效率的数值解,并将同阶模态三种不同边界条件下的圆板声辐射效率进行了对比.结果表明:(1)圆板的模态声辐射效率在全频段内大体呈...     

非协调单元在声学边界元法中的应用

利用非协调元离散Helmholtz边界积分方程,有效地解决协调元计算中的角点问题。为消除积分奇异性,提出了非协调元法中的极坐标变换方法。采用CHIEF法加Lagrange乘子法进行处理特征频率处解的不唯一性。解线性代数方程组获得结点处声压,网格点处的声压通过结点平均或单元平均的方法计算。通过计算脉动球和立方体的表面辐射声压,并将协调元和非协调元的计算结果做了比较,证明本文方法的有效性和对非光滑表面的适应性。     

声辐射模态在声场重构中的应用

基于声辐射模态,对辐射声场的重构进行仿真研究,取得了令人满意的结果。声辐射模态包含声源几何形状的影响,利用声辐射模态可实现对任意复杂形状声源的声场重构。声源相对简单时,需要较少的测点数就可以得到很好的重构效果。对于复杂的声源辐射声场,重构中结合正则化方法保证重构的高效性与精确性。同时,探讨通过重构声源表面声压的方法来识别噪声源,经过模拟计算和可视化的实现,表明方法简单可行。     

基于有限元边界元方法的薄板声辐射分析

分析了薄板结构的声辐射功率与其厚度及其激振频率的关系,从理论上指出了激振频与厚度对薄板结构声辐射的影响,分析当激励频率与结构的固有频率十分接近时,薄板的声辐射特性,同时分析了方形结构与条形结构声辐射的差异,从而为薄板结构的在工程中的低噪声设计提供参考。     

对声辐射模态的讨论

提出利用声辐射模态结合结构模态研究声辐射问题,并且从物理和数学意义上对声辐射模型进行了解释。用声辐射模态研究外部声辐射的主要优点在于消除了结构模态中复杂的耦合项。本文以简支矩形板为例,通过瑞利积分公式计算了其在不同频率下的辐射效率,并比较了在结构模态下和声辐射模态下辐射效率的区别。     

有源控制解耦中压电作动器位置优化

研究基于声辐射模态理论进行有源控制解耦中压电作动器的位置优化问题。以往的研究得出：只要四组作动器满足某种对称形式布置,就可以实现声辐射模态的有源控制解耦,但是满足对称性布置的四组作动器位置有无数个。在主动控制中,压电作动器的位置如何布置一直是个难题。论文以输入控制功率最小化为目标,对四组压电作动器的位置进行了优化。     

基于FEM/BEM变速器箱体辐射噪声的研究

采用有限元和边界元联合的方法对变速器箱体的辐射噪声进行分析研究。首先针对某型车辆变速箱箱体,建立箱体与箱体内机油的流固耦合有限元模型和箱体的边界元模型,并分析其所受激励载荷;然后进行强迫振动有限元的数值仿真计算,并通过试验进行验证,试验数据与仿真数据基本吻合;最后将振动的有限元计算结果作为箱体边界元模型的边界条件进行噪声辐射的数值仿真计算。根据计算的结果,对该箱体的结构进行有针对性的加筋强化,仿真计算的结果表明,进行加筋处理后的箱体噪声辐射能得到有效的抑制。     

《基于声辐射模态分析粘弹性阻尼板的声功率灵敏度》

本文利用声辐射模态模型分析了粘弹性阻尼板的声功率灵敏度,考察了在板上加自由阻尼层和粘弹性梁的两种情况,揭示了阻尼厚度变化对声功率灵敏度的影响。结果表明,适当增加阻尼层厚度和合理配置粘弹性梁的形式能够有效地控制板辐射的声功率。     

铁路钢轨垂向振动的声辐射分析

在ANSYS中建立轨道的实体模型,求出钢轨在作用力处的谐响应;与离散轨道模型中钢轨在作用力处的谐响应对比,找到合适的轨道模型,求出钢轨在50—4000Hz之间1／3倍频带中心频率处的表面谐响应;建立钢轨的边界元模型,把从ANSYS中得到的钢轨表面谐响应导入SYSNOISE作为钢轨的激励位移边界条件,得到钢轨在50-4000Hz之间1／3倍频带中心频率处的声辐射效率。与从二维轨道声辐射模型得到的结果吻合。     

结构声辐射有源控制中主导辐射模态的抵消及次级力的最优布放

在基于声辐射模态理论的结构声有源控制中，主导辐射模态的确定及抵消策略是至关重要的，它直接决定次级力源的优化布放及有源控制的效果。以往研究中对于主导辐射模态的认识是模糊而片面的，现对该问题进行了深入分析。首先基于辐射模态理论和振动模态的叠加性，结合辐射模态幅度和辐射效率，确定了结构在不同的激励频率（振动模态）下对应的主导辐射模态，然后在此基础上对次级力源进行了优化布放，最后用一系列的计算机仿真实例验证了理论结果的正确性。