基于FEM和BEM法的大型立式齿轮箱振动噪声计算及测试分析

根据某大型立式行星传动齿轮箱的结构和安装特点,基于FEM法建立了该齿轮箱的和有限元模型,对其进行了振动模态分析,计算了其模态频率和稳态不平衡响应;基于BEM法建立了该齿轮箱的外声场边界元模型,导入了齿轮箱振动稳态不平衡响应结果作为声学边界条件,对辐射声场进行了数值计算和仿真分析。通过对齿轮箱进行现场振动和噪声测试分析,得到的测试结果与理论计算结果较为一致,表明了理论计算的可行性和准确性     

结构声辐射分析的全特解场边界元方法

提出一种新的高效、高精度的全特解场边界元方法。该方法通过一系列特解来建立边界积分方程，从而避免了其系数矩阵的直接计算。通过对算例及模拟齿轮箱辐射声场的边界元分析，证实了本文方法的有效性。     

地铁齿轮箱振动与噪声计算分析

运用结构有限元法和声学有限元法，对地铁某型号齿轮箱振动与噪声问题进行计算分析。建立齿轮箱三维有限元模型，采用结构有限元法计算齿轮箱模态频率和振动响应。建立齿轮箱外声场三维有限元模型，导入齿轮箱振动响应结果作为声学边界条件，并采用无限有限元法计算了辐射声压级。     

摩托车变速箱端盖辐射噪声仿真分析

应用有限元软件Nastran与边界元软件SYSNOISE对摩托车变速箱端盖的辐射噪声进行了仿真计算分析研究,预测了外部声场辐射噪声声压,分析了声场声压与结构模态频率之间的关系,确定了辐射噪声的关键区域和频带,结果说明FEM/BEM方法是预测辐射噪声的有效方法,分析结果为我们下一步声学优化打下了基础。     

结构振动辐射声场的预估——边界积分方程中奇异积分的间接处理

本文讨论了利用边界积分方程和边界元技术计算结构的稳态外辐射声场的方法,同时,对边界元方法所固有的奇异数值积分提出了一种简单方便的间接处理方法。计算实例证明所编计算程序和奇异积分处理方法是成功的。利用该程序在已知结构表面振速分布的条件下,可以求出该结构在自由声场中的声功率、表面辐射效率以及声场中任意点的声压值和相位。对一个实际钢质空心封闭圆筒作了计算与实测的比较,结果显示了该方法可应用于实际结构或机器的前景。     

齿轮箱声固耦合系统噪声辐射研究

综合考虑齿轮时变啮合刚度及齿轮误差的影响建立了齿轮系统动力学模型,计算得到了齿轮系统动载时域历程。建立了齿轮箱声固耦合系统模型,采用边界元法对其噪声辐射进行求解,得到了齿轮箱噪声谱及各板面对声场总声压的贡献度。依据板面贡献度计算结果,对齿轮箱结构进行适当改进,对结构的改进及结构阻尼对降噪效果做出了分析,就不同齿轮类型对齿轮箱噪声辐射的影响进行了讨论,为齿轮箱的设计提供了理论依据。     

应用三次B样条函数插值的边界元法计算结构振动声辐射问题

本文通过在边界元方法中采用三次Ｂ样条函数作为插值形函数，对结构振动声辐射的计算进行了研究。并以脉动球作为算例，对其辐射声场中的有关声场参数进行了计算。通过将计算结果与理论解进行比较，结果表明：即使在边界剖分比较粗的情况下，利用该方法计算结构振动声辐射问题在较宽的振动频率范围内，也能给出良好的计算精度。     

基于间接边界元法的管形振子双管布阵优化

在分析管形振子结构及工作模式的基础上,对其在反应器内辐射声场的计算模型进行合理简化,利用间接边界元法计算了单个管形振子的辐射声场,通过实验验证了该计算方法的有效性。以两个管形振子在圆柱形槽中的布阵为例说明了布阵的优化方法。首先利用间接边界元方法计算了该系统的声场,然后以声场中一些平面上的声压平均值作为评价依据,比较了振子间距不同时的声场强弱,并通过观察振子间距不同时的声场分布情况判断声场的均匀性,从而达到优化布阵。实验结果表明该优化方案是可行的,为管形振子的工程应用提供了一定的技术依据。     

柴油机油底壳辐射声场的仿真研究

采用有限元与边界元联合求解的方法进行了柴油机油底壳辐射声场的仿真研究,利用ANSYS软件进行了油底壳的谐响应分析为SYSNO ISE软件的边界元法声场模拟提供边界条件,计算结果与实验结果的高度一致表明该方法是完全可行的,并且可以为低噪声设计提供指导。     

一种基于快速BEM-FEM的声振耦合问题快速扫频方法

结构的声振耦合问题普遍存在于航海、航天等工程领域,快速边界元-有限元耦合方法是求解此类问题的有效手段。分析结构的声振耦合问题,往往需要对其进行扫频计算,完全法扫频的计算量太大,而由于快速BEM矩阵的引入,已有的快速扫频方法并不能很好地适用此类问题。本文基于以上事实,采用作者所在研究组提出的响应采样法,构造一种新型的投影空间,通过该空间对基于快速边界元-有限元的声振耦合系统进行模型降阶,发展一种适用于大规模声振耦合问题的快速扫频方法。最后通过两个典型算例验证了本文方法的正确性和性能,发现与完全法相比,快速扫频方法的计算量不足其十分之一,精度也能够稳定在1.0×10-5附近。     

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。     

流固耦合作用下变速箱体噪声辐射特性研究

运用流固耦合有限元理论,建立了具有一定高度油液的某型车辆复杂变速箱箱体的有限元模型。在振动分析的基础上,运用边界元理论对某一工况下含有不同油液的箱体外声场进行了声学计算,分析得到了耦合作用下箱体的噪声辐射特性以及润滑油对箱体噪声辐射的影响规律。最后通过声强法测定噪声源声功率级的试验进行了验证。     

齿轮箱结构噪声预测

从齿轮传动系统的动力学仿真出发,利用有限元分析求解齿轮箱的动态响应,将响应结果作为边界条件,由边界元方法对齿轮箱结构噪声进行预测,同时对齿轮箱辐射噪声进行了声强测试,并与预测结果进行比较。结果表明,该方法能够有效预测齿轮箱结构噪声的声学特性,为齿轮箱的噪声控制与结构优化提供了可靠的依据。     

双层介质声传播问题的标准解及有限元解

文章通过双层介质中的声传播问题,研究了有限元方法在水下声场计算中的应用。基于传统的Galerkin方法推导出水下声场的有限元方程,采用四节点四边形单元离散求解物理域,可选择辐射边界条件、DtN (Dirichletto Neumann)非局部算子、完美匹配层来处理出射声场,得到有限元解。为了验证该有限元模型,需要高精度的参考解。水平不变均匀介质中的声传播问题存在解析解,但双层介质问题不存在解析解。因此,对于双层介质声传播问题,使用波数积分法推导出标准解。分别考虑了有限深度和无限深度双层介质两种情况,并进行了数值模拟。数值结果表明,文章所提的有限元模型与参考解非常吻合。此外,还发现当某号简正波的本征值非常接近割线时,简正波模型KRAKEN难以准确计算该号简正波的本征值,从而声场计算结果存在明显误差;但是有限元方法不需要计算本征值,所以当KRAKEN模型出现此类问题时,有限元方法仍能给出准确的声场计算结果,表明有限元方法在普适性方面优于简正波方法。     

城市高架轨道桥辐射噪声的计算与分析

为采取合适的噪声控制策略提供依据,预报城市高架轨道桥辐射噪声场很有必要.基于一个简化两维模型,考虑各种变化因素(两旁建筑物高度、间距等)的影响,应用边界元方法对进行了噪声场和频谱的计算预测,通过与实际测量数据的对比分析,结果表明:噪声的低频成分(＜250Hz)主要由桥体结构振动辐射产生,而轮轨振动辐射是较高频(250～1000Hz)噪声的重要来源;低频噪声场上下明显强于两侧,而随频率的增高,声场混响特征增强.结论是:对于噪声不便于测试的高架桥这样大型结构,边界元方法能够有效预报噪声场,高架桥两侧声屏障可以取得5-10分贝的隔声效果,为防止上部出现噪声过大的情况两侧建筑物需要适当的高度/距离比.     

求解远场声辐射问题的一种快速边界元法

针对传统边界元法奇异性的固有缺陷,研究一种求解结构辐射声场的间接边界元法。通过在内域虚拟曲面上配置一系列单偶极子源,等效模拟结构外辐射声场,并根据单元体积速度匹配法的边界条件方案,给出数值计算辐射声场的间接边界元模型。结合球冠形辐射器的仿真算例,表明该间接边界元法在求解远场声特性时具有较高的计算效率和精度,为分析设计具有大空间指向性的辐射器提供参考。     

On the improvement of the solution accuracy for exterior acoustic problems with BEM and FMBEM

The boundary element formulations suffer from the non-uniqueness of the solution. Consequently, fictitious resonances degrade the exterior field prediction. This paper investigates the benefits of using different approaches to mitigate fictitious resonances to improve the solution accuracy in real industrial cases. For direct BEM simulations, over-determination points are added to the interior of the cavity as suggested by the CHIEF method. For indirect BEM and Fast Multipole BEM simulations, the impedance condition is put over the interior boundary and two different values of absorption are applied to observe the effects on the response.The different BEM methods are applied to simulate the exterior sound radiation of three different gearbox housings. The numerical results are compared with high quality measurements enabling the benefits and the improvements on the solution accuracy of each method to be evaluated.     

加纵肋平底圆柱壳振动和声辐射的FEM/BEM研究

建立了两端带平底板的加纵肋圆柱壳水中声辐射计算的FEM／BEM三维模型，探究了加肋的高度、宽度、数目对平底圆柱壳表面平均速度、辐射功率、辐射效率、声场指向性的影响规律。计算方法是在有限元软件ANSYS中做加肋平底圆柱壳建模、模态分析基础上，将有关数据（网格、模态）导入边界元软件SYSNOISE中计算流体-结构耦合状态下的辐射声场特性。结果表明：（1）纵肋的高度、宽度以及数目增大都可以引起平底圆柱壳的表面平均速度、辐射功率、辐射效率随频率变化曲线峰的移动，同时使声辐射效率增大，但使表面平均速度、辐射功率变化不明显。（2）纵肋的高度、宽度增大都使低频声辐射中两端平底板的贡献量增大，而使研究频域内的高频声辐射在激励力的反方向上增强。当径向激励力作用在纵肋上时适当调整均布纵肋的数目可以改变平底圆柱壳辐射声场的指向性。这对于水下结构辐射噪声预报以及噪声抑制具有重要意义。     

快速预估水下圆形角反射体散射声场的修正声束弹跳方法

针对水下圆形角反射体散射声场计算速度问题,在声束弹跳法基础上,提出了一种快速预估散射声场的修正声束弹跳法。对组成圆形三面角反射体的弧形边缘进行离散化,相邻离散点与角反射体顶点构成板块元,并与声源点构成入射声束,利用几何声学计算每条声束在角反射体反射面上的反射,同时得到反射面上每条声束"照射"后再次构成的板块元,用物理声学方法计算所有板块元的散射声场,叠加求和得到整个角反射的散射声场。通过与原始的声束弹跳法计算结果的对比,两者计算结果一致,修正声束弹跳法降低了计算量。     

薄板结构辐射声功率及其灵敏度分析

联合利用有限元方法和声辐射模态方法求解薄板结构辐射的声功率,并分析结构辐射声功率关于设计变量的灵敏度。在结构振动环节,利用有限元方法对结构进行动力响应分析得到表面振速;在声辐射环节,采用声辐射模态展开获得振动表面辐射的声场信息。以加筋板结构为例,计算结构振动辐射的声功率及其关于设计变量的灵敏度。结果表明,当激励频率远离结构振动固有频率时,加筋可以降低结构辐射的声功率;而当加筋使结构固有频率接近激励频率时,加筋甚至产生负面影响,此时通过加筋降低结构辐射声功率是没有意义的。