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。     

基于结构-声耦合法的汽车镁质仪表板声贡献度分析及结构改进

利用结构-声耦合法对仪表板进行声传递损失分析,与隔声实验对比验证了该方法的可靠性和方便性。与钢制仪表板进行隔声性能对比,证明镁质仪表板具有很好的隔声性能。建立仪表板声辐射模型,利用镁质仪表板对入射声场的响应,计算得到仪表板在驾驶室侧的辐射声场,找出辐射声压和声功率峰值频率。通过对声功率和透射声场声压最大处的声贡献度分析,确定了对隔声低谷影响最大的区域。针对该区域进行结构更改从而改变模态值,对其进行计算隔声量。结果表明,改进后的仪表板隔声低谷比改进前提升5dB,仪表板整体隔声性能提高。     

利用源强分布声辐射模态识别噪声源

为了解决噪声源识别中存在的识别精度不高、分辨率受限、对测量条件要求高等问题,提出了基于源强声辐射模态的噪声源识别方法。该方法首先计算结构的源强声辐射模态矩阵和声场分布模态矩阵,然后利用声场中测得的声压数据向量与结构声场分布模态矩阵的关系求出声辐射模态展开系数向量,最后通过声辐射模态矩阵和声辐射模态展开系数向量的积就可得到结构的源强分布,从而达到对噪声源识别的目的。该方法利用较少的测量点可以获得较高分辨率和识别精度。通过平板振动仿真和音箱实验验证了该方法对平面结构噪声源识别的有效性。     

基于声辐射模态有源解耦控制的溢出机理研究

基于声辐射模态有源控制,通过作动器位置布置可以使得控制过程解耦,通过对比解耦和非解耦两种控制方式,并对其控制结果进行讨论。发现解耦控制所需控制能量较小并且相对控制稳定,比非解耦控制有明显优势。并且两者在低频段都能取得良好的控制效果,在频率较高时出现不同程度的控制溢出。在解耦控制的基础上,通过分析各阶声辐射模态辐射效率特点,作动器布置对称形式与声辐射模态对称形式的对应关系,揭示了溢出的机理     

基于有效独立的改进传感器优化布置方法研究

随着结构健康监测技术的发展,传感器优化布置问题日趋突出。综合考虑有效独立法和模态动能法的优缺点,分别以平均加速度幅值和模态动能修正有效独立法的传感器优化布置结果,提出了两种基于有效独立的改进传感器优化布置方法———有效独立-平均加速度幅值法(EI-AAA)和有效独立-模态动能法(EI-MKE)。运用模态动能准则、平均加速度幅值准则、Fisher信息矩阵准则、截断模态矩阵条件数准则、模态置信准则评价并比较上述两种方法及有效独立法、模态动能法、有效独立驱动点留数法和有效独立驱动点残差法。实际钢井字梁采光顶结构算例结果表明,本文提出的有效独立-平均加速度幅值法(EI-AAA)和有效独立-模态动能法(EI-MKE)在考虑截断模态线性独立的同时都能自动选择具有较高平均动态响应和模态动能的测点位置,有较强的抗噪声性能,在六种方法中布置结果最为有效。     

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。     

基于振动响应时频分析的桅杆损伤识别方法

桅杆的模态参数和刚度对纤绳平衡张力、激励和环境条件比较敏感,导致目前比较有效的结构损伤识别方法和指标难以直接应用。为此,探索了基于测点振动响应时频分析而不依赖模态信息的桅杆结构损伤识别方法,提出利用结构测点振动响应的Wigner-Ville分布交叉项统计量WCS(WVD Cross-term Statistic),通过比较损伤前后统计量的相对变化量来进行损伤识别。算例分析结果表明,利用测点振动响应的损伤识别指标WCS相对变化量,除能识别杆身单个不同程度的损伤位置以及多个损伤外,还能分辩出纤绳的损伤特征。通过增大激励的幅值和增加测点的数量,可以提高识别的精度和指标的灵敏度;基于测点位移响应与基于测点加速度响应的损伤识别指标相比,具有更好的损伤识别效果。     

砂轮划片机模态测试中的传感器测点优化研究

针对砂轮划片机这类复杂设备振动模态测试中测试时间长、传感器数目难以确定和测点难以定位的问题,提出了结合有效独立法、QR分解法及模态验证准则、香农扩展定理对砂轮划片机主系统进行测点优化的方法。采用锤击模态测试方法对某一型号的砂轮划片机测点优化前后的模态进行了测试,识别出划片机主系统的振型和模态参数,比较测点优化前后的测试结果,表明测点优化的模态测试实现了将有限个传感器布置在关键的测点位置上并获取最接近真实信息的目的,缩短了测试时间,提高了测试精度,为复杂设备的振动模态测试提供了参考。     

利用粒子群优化算法实现阻尼比和频率的精确识别

摘要：本文提出了一种利用粒子群优化算法辨识阻尼比和频率的方法。该方法将系统频率、阻尼比、幅值和相位的辨识问题转化为非线性优化问题,引入粒子群优化算法寻找全局最优解。基于粒子群优化的阻尼比和频率辨识方法不需要测量激励信号,原理简单,实现容易。仿真和实验结果表明：基于粒子群优化算法的阻尼比和频率辨识方法不受邻近模态耦合的影响。在无噪声条件下具有较高的辨识精度,随着信噪比的逐步降低,辨识精度开始逐步下降。用低通滤波器滤除高阶模态后,得到的脉冲响应信号对频率、阻尼比、幅值的辨识精度影响很小,对相位的辨识精度影响很大。

     

双吸离心泵正反转工况流致振动噪声研究

为深入了解双吸离心泵运行的振动噪声规律,以某一双吸式离心泵为研究对象,基于声学间接边界元法(IBEM),采用LMS Virtual-Lab分析计算平台,进行基于泵壳模态的强迫振动响应计算。然后根据泵壳模态强迫振动响应计算与声学间接边界元的声学波动方程求解耦合方程,得到双吸泵在液力透平工况和泵工况下外辐射声场的声压级指向分布和声压级分布。结果表明:偶极子声源是流体噪声的主要声源;在蜗壳隔舌处非定常脉动力是主要的噪声源;叶频及其倍频是双吸泵外辐射声场噪声的主要诱导频率;泵壳发生了共振,所以声振耦合的作用不可忽略。研究揭示了双吸泵作液力透平及泵工况内部流动诱发的外辐射声场的声振耦合计算规律,为后续减振降噪研究提供了理论基础。     

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。     

声速法温度场重建接收信号幅值影响分析

为研究声速法接收信号幅值的变化对温度场重建的影响,基于声学测温法开展了热校准风洞模拟试验,成功模拟了航空发动机燃烧室出口的温度场重建。首先从接收到的信号数据中提取特征,建立特征矩阵,用以反馈信号幅值的变化;然后,基于采集到的信号数据,通过最小二乘法进行温度场重建;最后,通过比对不同特征矩阵下温度场重建的实际效果,分析声速法采集的信号幅值的变化对温度场重建的影响。通过试验验证可知：接收信号幅值越大,重建温度场的均方根误差越大,当幅值大于理论值40%时,均方根误差大于理论值14.38%;接收信号幅值越小,重建温度场的最大相对误差越大,当幅值小于理论值40%时,最大相对误差大于理论值44.3762 K。本文的研究对推动声学测温技术在航空发动机燃烧室出口温度场测试领域的发展起到促进作用,具有重要技术借鉴价值。     

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。     

基于HELS法的多源相干声场重建研究

针对Helmholtz方程最小二乘法(HELS)对多源相干声场进行重建无法得到满意的结果这一问题,提出一种改进的HELS方法.其基本思想是,辐射声场由多个相干声源产生的一系列声场叠加而成,每个声源产生的声压可以用球面波函数构成的正交函数的线性组合表达.组合系数可通过测点的声压来确定.采用预估基函数展开项数和循环迭代法相结合的优化方法确定基函数的最佳项数,提高了计算效率.在求解系数向量的过程中采用奇异值分解和正则化方法,减轻了逆问题求解过程中产生的不适定问题.数值仿真表明,改进的HELS方法能有效地重建多源相干声场,并可估计每个声源对声场的贡献,具有声场分离的作用.     

声学隐身层结构对隐身性能的影响

声学隐身层结构对隐身性能有重要的影响。对不同结构的声学隐身层的声场分布和散射截面进行了计算和对比分析。结果表明,声学隐身层的总厚度、层数和层厚分布对隐身性能都有不同程度的影响。当层厚确定时,总厚度越大,隐身性能越好;当总厚度确定时,层数越多,隐身性能越好;当总厚度和层数都确定时,层厚分布从内层向外层逐渐减小的隐身层比层厚分布均匀和层厚从内层向外层逐渐增大的隐身层的隐身性能更好。计算和分析结果对声学隐身层的设计和应用具有一定的参考价值。     

Boundary collocation method for acoustic eigenanalysis of three-dimensional cavities using radial basis function

 In this paper, a theoretical formulation based on the collocation method is presented for the eigenanalysis of arbitrarily shaped acoustic cavities. This article can be seen as the extension of non-dimensional influence function (NDIF) method proposed by Kang et al. (1999, 2000a) extending from two-dimensional to three-dimensional case. Unlike the conventional collocation techniques in the literature, approximate functions used in this paper are two-point functions of which the argument is only the distance between the two points. Based on this radial basis expansion, the acoustic field can be represented more exactly. The field solution is obtained through the linear superposition of radial basis function, and boundary conditions can be applied at the discrete points. The influence matrix is symmetric regardless of the boundary shape of the cavity, and the calculated eigenvalues rapidly converge to the exact values by using only a few boundary nodes. Moreover, the method results in true and spurious boundary modes, which can be obtained from the right and left unitary vectors of singular value decomposition, respectively. By employing the updating term and document of singular value decomposition (SVD), the true and spurious eigensolutions can be sorted out, respectively. The validity of the proposed method are illustrated through several numerical examples. Received: 29 August 2001 / Accepted: 27 June 2002 Financial support from the National Science Council under Grant No. NSC-90-2211-E-019-006 for National Taiwan Ocean University is gratefully acknowledged.     

An acoustic pyrometer system for tomographic thermal imaging inpower plant boilers

The paper presents an acoustic pyrometry method for the reconstruction of temperature maps inside power plant boilers. It is based on measuring times-of-flight of acoustic waves along a number of straight paths in a cross-section of the boiler; via an integral relationship, these times depend on the temperature of the gaseous medium along the paths. On this basis, 2D temperature maps can be reconstructed using suitable inversion techniques. The structure of a particular system for the measurement of the times-of-flight is described, and two classes of reconstruction algorithms are presented. The algorithms proposed have been applied to both simulated and experimental data measured in power plants of the Italian National Electricity Board (ENEL). The results obtained appear fairly satisfactory, considering the small data sets that it was possible to acquire in the tested boilers