局域共振型平板结构的低频振动与声辐射特性分析#br#

抑制低频振动与辐射噪声对提高水下航行器的声隐身性能具有重要意义。首先建立含局域共振元胞的平板结构横向振动模型,采用模态叠加法和谐波平衡法导出耦合振动方程的解析解,其次给出5 Hz～300 Hz范围内平板表面平均振速级与辐射声功率级解析表达式,研究元胞中吸振器参数对平板声振特性的影响,最终对目标频段平板结构的振动控制效果进行优化设计。研究表明：研究的频率范围内,局域共振型平板结构在吸振器固有频率附近会产生能够抑制其低频振动与噪声的频带;随吸振器阻尼的增大,减振频带拓宽且减振降噪性能减弱;多振子元胞具有多个减振频带,频带的叠加使得其低频减振降噪性能优于单振子元胞;经粒子群算法优化后在目标频段单振子、双振子、四振子元胞的减振降噪效率分别可达到26.3 %、29.8 %、29.1 %。研究结果可为水下航行器低频振动以及噪声的控制提供参考。     

局域共振型平板结构的低频振动与声辐射特性分析#br#

抑制低频振动与辐射噪声对提高水下航行器的声隐身性能具有重要意义。首先建立含局域共振元胞的平板结构横向振动模型,采用模态叠加法和谐波平衡法导出耦合振动方程的解析解,其次给出5 Hz～300 Hz范围内平板表面平均振速级与辐射声功率级解析表达式,研究元胞中吸振器参数对平板声振特性的影响,最终对目标频段平板结构的振动控制效果进行优化设计。研究表明：研究的频率范围内,局域共振型平板结构在吸振器固有频率附近会产生能够抑制其低频振动与噪声的频带;随吸振器阻尼的增大,减振频带拓宽且减振降噪性能减弱;多振子元胞具有多个减振频带,频带的叠加使得其低频减振降噪性能优于单振子元胞;经粒子群算法优化后在目标频段单振子、双振子、四振子元胞的减振降噪效率分别可达到26.3 %、29.8 %、29.1 %。研究结果可为水下航行器低频振动以及噪声的控制提供参考。     

轴对称声振耦合的边界子波谱与有限元耦合方法及应用

在轴对称结构有限元和轴对称Helmholtz积分方程的基础上,建立了轴对称弹性结构构声振耦合的边界 子波谱有限元耦合方法,该方法能处理任意边界条件。采用提出的耦合方法研究了含有壳、肋、板复杂结构的水下航行 器的声辐射,给出了轴对称圆环肋的刚度矩阵和质量矩阵。进行了声振耦合的模态分析,研究了航行器的轴向激励、侧 向激励的声辐射;计算了0～2kHz的频率响应。结果对水下航行器的研究设计有一定的参考价值。     

动力吸振器对薄板声辐射效率的调控特性

薄(壁)板结构是飞机、高铁、船舶等工程中最常见的结构。薄板结构受到外部动力源的激励不可避免地引起振动噪声超标的问题。动力吸振器相比于表面加筋和敷设阻尼材料等减振降噪方法,具有参数可设计、频率针对性强等优势。然而,目前关于动力吸振器对薄板结构声辐射的调控特性分析并不充分,很多研究人员以及工程师笼统地认为,利用动力吸振器来减小薄板结构振动就可完全达到最好的抑制声辐射效果。实际上,动力吸振器对于薄板结构的声辐射效率的调控会直接影响其抑制声辐射的效果。本文研究了动力吸振器对薄板结构声辐射效率的调控特性,从理论上推导了含有动力吸振器的薄板结构声辐射效率计算方法,并利用数值计算方法分析了动力吸振器的声辐射效率调控特性。动力吸振器的安装,能对薄板结构在吸振器工作频率附近的模态振型和模态频率产生明显的调控作用,从而对声辐射效率产生调控作用。通过调谐动力吸振器的质量和频率,能够降低薄板结构目标模态的频率,或者改变对应的模态振型,实现对声辐射效率的抑制效果。     

Duffing振子激励下平板声振特性研究

针对非线性振动激励下结构声辐射问题,由变分原理导出Duffing振子激励下平板声振耦合动力学方程,由模态展开法及增量谐波平衡法导出轻流体中耦合动力学方程的近似解析解,给出多频激励下平板表面平均振速及辐射声功率表达式,研究激励力频率、非线性项对系统振动及声辐射特性影响。结果表明,Duffing振子激励下平板的声振耦合问题为含离散与连续系统的复杂动力学问题;耦合运动下Duffing振子出现二次跳跃现象与新的共振特性;平板声振特性主要由三次谐波决定。研究结果可为隔振结构的声振设计提供理论依据。     

用于平板结构的动力吸振器参数优化设计

多重动力吸振器用于连续体主振系统减振时,其参数需要经过优化设计才能获得最优的减振效果,目前,参数优化设计方法还有待完善。研究平板结构动力吸振器减振参数优化设计方法,将平板-多重动力吸振器系统运动方程化简,推导得到优化的目标函数——动力放大系数函数,采用一种基于偏导数的优化方法得到多重动力吸振器的最优设计参数。通过数值计算和仿真分析验证所设计吸振器的有效性。结果表明,吸振器对平板振动有明显抑制效果,且在振子总质量比相等的条件下,振子数越多,吸振器的减振效果越好,减振频带越宽。     

基于动力吸振器的结构声传递抑制

研究了无限长梁上动力吸振器抑制弯曲振动波传递的机理,分别推导了一个和两个动力吸振器下无限长梁上透射系数的计算公式,讨论了动力吸振器质量、阻尼及个数对结构声传递抑制的影响.数值计算结果表明,动力吸振器的阻抑效果具有较强的频率选择性.其质量的增加对阻抑效果有利;阻尼增加虽降低了最佳的阻抑效果,但抑制的频带宽了,改善了阻抑效果的频率选择性;在总质量相同的条件下,多个动力吸振器的阻抑效果较单个的阻抑效果好.     

水下结构去耦覆盖层的动力吸振器效应研究

去耦覆盖层的低频减振降噪是水下结构声辐射的一个难点问题。采用模态分解法和粘弹性阻尼流体传递矩阵模型,建立了敷设去耦覆盖层的四端简支撑矩形板水下振动和声辐射模型。分析了去耦覆盖层的减振降噪特性,研究了去耦覆盖层的物理参数(如杨氏模量、损耗因子、密度等)对板的均方振速和辐射声功率的影响规律。研究结果表明:对于板的单个振动模态,板-去耦覆盖层-流体系统可看作是一个两自由度系统,它具有两个共振频率和一个反共振频率,去耦覆盖层会引入类似动力吸振器的效应;针对具体结构,通过合理调整去耦覆盖层的参数,能够充分利用动力吸振器效应,有效降低水下结构低频振动与声辐射。     

负刚度吸振器对有限长弹性梁的抑振效果研究

考虑不同形式负刚度动力吸振器对有限长弹性简支梁动态响应的影响,提出并建立"弹性梁-负刚度动力吸振器"耦合系统动力学模型。基于模态叠加法,推导得到各阶模态对应幅频响应解析表达式。以弹性梁第1阶振动模态作为振动抑制目标,结合固定点理论和最大值最小化优化准则得到各类型动力吸振器的最优设计参数。以功率流作为振动控制效果的评价指标,建立"弹性梁-动力吸振器"耦合系统的导纳功率流理论模型。在此基础上,计算得到安装动力吸振器前后弹性梁的总功率流和净功率流,以及动力吸振器消耗的功率流,研究不同形式动力吸振器的振动抑制效果。最后,选择振动控制效果最显著的动力吸振器作为研究对象,针对部分主要设计参数展开研究。计算结果表明：在目标控制模态频率附近,负刚度动力吸振器对弹性梁动态响应的控制效果较好,且多个振动模态响应均被有效控制;当阻尼元件和负刚度元件同时接地对弹性梁动态响应的控制效果最佳;众多设计参数均存在最优值。     

一种特殊动力吸振器阻抑结构声传递特性分析

结构声传递控制一直是舰船结构声学设计需要解决的关键问题。动力吸振器是一种重要的波阻技术,具有很好的频段选择性,在舰船的应用日益广泛。针对动力吸振器阻抑板的结构声传递问题,提出了精细的波分析模型和波动力响应矩阵法。将结构离散为多个波导单元和波阻单元,建立附加动力吸振器的结构连接的广义波动力响应平衡方程,推导出波导单元的波动力响应特征矩阵及动力吸振器的附加波动响应特征矩阵,并代入平衡方程求解得到波导单元的振动幅值,从而求得传递效率与损失。数值研究表明动力吸振器在特定频段具有很好的波阻效果,并探讨了动力吸振器设计参数对其波阻特性的影响。研究为动力吸振器的声学设计提供了新的分析方法,在舰船减振降噪中具有重要的理论意义与工程应用价值。     

声激励下双层耦合结构声与振动特性研究

考虑声桥的周期性,建立了通过声桥耦合的双层结构声传播模型。利用傅立叶变换和逆变换技术,分别得到双层结构隔声量表达式以及两板的振动能量表达式。研究了声桥刚度、间距对双层结构振动特性和隔声性能的影响。同时,根据理论分析结果定义了双层耦合结构隔声曲线的刚度控制区,阻尼控制区以及质量控制区,给出了各个区域的隔声特点。研究表明,随着两板之间耦合的增强,两板的振动响应趋于一致;而隔声曲线的刚度控制区受刚度影响明显,阻尼控制区出现了很多的峰谷值,随结构阻尼的增大曲线渐趋平滑;随着声桥间距的加强,质量控制区频带宽度增加,隔声量满足约5 dB/倍频程的增长率;同时,质量每增加一倍,质量控制区隔声量约增加5 dB,存在声桥的双层耦合结构隔声性能与单层墙隔声性能相似。     

Vibro-acoustic analysis of a post-impacted woven composite panel

In this study, vibro-acoustic behavior of centrally damaged woven carbon composite panels is investigated experimentally. For this purpose, evaluations are considered by the followings: (i) ballistic impact measurements are completed regarding with two different shooting distance, (ii) ballistic impact measurements with three different projectiles are obtained, (iii) vibration and vibro-acoustic tests are performed to present the vibration characteristics of the post-impacted woven composite panels. Effects of shooting distance and projectile on modal and sound characteristics are examined. Results are given in tabular and graphical forms.     

空气滤清器的声振耦合特性分析及优化

利用LMS Virtual lab软件对某空气滤清器的声振耦合特性进行分析。计算空气滤清器在模拟发动机激励下,壳体结构与空气滤清器内部声腔耦合产生的辐射噪声。并分析结构模态对辐射噪声的贡献量。为提高空气滤清器的结构特性,根据分析结果,利用Hypermesh软件中的Optistruct模块对空气滤清器的壳体进行形貌优化,提出较好的优化方案。     

基于振动声调制的微裂纹定位成像研究

为了准确识别金属构件中的微裂纹,提出将振动声调制技术和延时叠加算法相结合的定位成像方法。通过基本原理分析,利用有限元软件对含有矩形微裂纹铝板模型进行振动声调制仿真,提取非线性损伤信号将其作为像素特征,使用延时叠加算法进行定位成像,并分析了成像的影响因素。实验中搭建了振动声调制检测系统对铝板里的圆形微裂纹进行定位成像,验证了上述方法的可行性。结果表明,成像结果与铝板上的原裂纹位置基本吻合,说明该定位成像方法能够实现微裂纹的有效定位。     

流体激励下泵喷推进器声振耦合响应数值分析

泵喷推进器由导管、转子和定子组成,它具有推进效率高的优势,但其在流体的作用下也易产生剧烈的结构振动并辐射噪声,削弱水下舰船的声隐身性能。为了解流体激励下泵喷推进器的动态特性,首先通过基于大涡模拟的计算流体力学(CFD)仿真计算,得到推进器的非稳态流场,提取泵喷推进器关键结构表面的脉动压力,并将此流体载荷作为推进器声振耦合分析的激励源;然后,建立泵喷推进器水下结构声振耦合系统的有限元/边界元模型,分析流体激励下结构的振动位移响应和辐射声场分布;最后,讨论不同进速系数对于泵喷推进器水动力性能和声振耦合响应的影响。仿真分析的结果可以为典型结构泵喷推进器的减振降噪设计提供一定的依据。     

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。     

Vibro-acoustic formulation of elastically restrained shear deformable stiffened rectangular plate

A method constructed on the basis of the Rayleigh–Ritz method and the first Rayleigh integral is presented for the vibro-acoustic analysis of elastically restrained shear deformable stiffened rectangular orthotropic plates. In the proposed method, the displacement fields of the plate and stiffeners are formulated on the basis of the first-order shear deformation theory. The theoretical sound pressure level (SPL) curve of the plate is constructed using the responses at different excitation frequencies and the first Rayleigh integral. The experimental SPL curve of an elastically restrained stiffened orthotropic plate was measured to verify the accuracy of the theoretical SPL curve of the plate. The effects of Young’s modulus ratio E₁/E₂ on the sound radiation characteristics of elastically restrained stiffened orthotropic plate with different aspect ratios are studied using the proposed method. It has been shown that the effects of Young’s modulus ratio become more prominent as the plate aspect ratio gets larger.     

梯形和三角形波纹夹芯板的声振特性研究

研究了梯形和三角形两种类型波纹夹芯板的声振特性。将波纹芯层等效为各向异性均质体,采用双曲正切抛物线混合变形理论（HTPSDT）建立了四边简支条件下波纹夹芯板的动力学方程和简谐声压激励下的声振耦合控制方程。利用纳维法和流固耦合界面条件进行求解,计算了梯形和三角形波纹夹芯板的固有频率和隔声量,并与有限元模拟结果进行对比,验证了理论模型的正确性,比较了两种波纹夹芯板的振动特点和隔声性能。讨论了波纹芯层结构参数变化对梯形和三角形波纹夹芯板振动和隔声特性的影响。结果表明,波纹倾角、波纹壁厚、波纹芯层高度对梯形和三角形波纹夹芯板的声振特性有着重要的影响,而且对三角形波纹夹芯板的影响更为显著。     

基于统计能量法的飞行器结构声振响应分析

基于统计能量分析(SEA)原理,对高超声速飞行器X-43A建立SEA模型,采用理论、经验公式及试验数据确定SEA模型的三个参数。将数值模拟计算结果与噪声试验值进行对比,结构声振响应的统计能量分析与试验结果趋势上较为一致,但低频段二者差异较大,高频段较为吻合;结构舱内响应噪声声压的计算值与试验测量值相比,不论在高频还是中低频,二者都较为一致,误差约3 dB,说明统计能量分析法对振动噪声环境预测是比较可靠的。