列车车轮辐射声场的有限元法-边界元法研究

为探索车轮在轮轨表面粗糙度激励下的振动辐射声场特征,利用有限元法-边界元法相结合的方法,完成了建立车轮和轨道的三维有限元模型,根据有限元法分析其结构振动模态和位移导纳特性,通过声学边界元软件Virtual.Lab对车轮辐射声场及真实激励下辐射声功率级进行预测研究.结果表明:轮轨接触点处车轮径向导纳变化剧烈,在计算频率范...     

用有限元/边界元方法计算U型管振动声辐射

利用有限元软件AN SY S和声学边界元软件SY SNO ISE对U型管道结构的受激振动与辐射声场进行分析.首先在AN SY S软件中计算结构受结点力激励时外表面的法向位移;然后提取耦合面单元网格数据及其法向位移,作为SY SNO ISE软件中的边界元模型和边界条件,计算出结构体的表面声压和外声场.通过对U型管声振模型计算分析,发现壳体厚度和耦合振动模态对于受激振动辐射声场具有一定影响.本文的研究为解决工程实际中管道振动中的噪声控制与设计优化提供了方便有效的途径.     

边界元法在汽车室内噪声建模中的应用

为探讨汽车室内噪声建模的方法,应用边界元法描述汽车车身室内的噪声水平。首先基于Hypermesh有限元软件建立汽车车室空腔有限元模型,然后以NASTRAN的格式导入到SYSNOISE环境中构建单区域边界元计算模型。引进车内座椅吸音材料对室内声场的影响,重新构建包含座椅的汽车室内多区域边界元计算模型。通过在车身室内安置一个点声源进行激励,分别采用单一和多区域边界元法模拟车身室内声场响应,获得在频率0~1 000 Hz范围内车身室内声场的频响函数。经试验验证,通过对比分析可知多区域边界元法计算结论与试验结果较好吻合,这表明多区域法比单区域法具有更高的精度。     

有限潜深圆柱壳低频矢量声场特性分析

为解决复杂结构水下矢量声场预报问题,本文基于单元辐射叠加法,结合镜像法建立了有限潜深圆柱壳的声场修正模型,结合具体算例分析了有限潜深圆柱壳低频辐射声场分布特性和传播特性。研究结果表明,单元辐射叠加法与传统边界元法计算得到的结构远场辐射噪声结果具有良好的一致性;受自由液面影响,圆柱壳的辐射声场有深度方向上的波动特性;对声场矢量信息的研究显示,在远离圆柱壳的声场中,声能量更多地沿水平方向传播;在远距离固定场点辐射声压及振速随浸没深度变化的曲线上,峰值间距与介质声波波长之比是定值,不随频率变化。研究结论可为结构辐射声预报、噪声控制及噪声测量等工作提供理论依据和有用的先验信息。     

轴对称管道及消声器声学问题的边界元法研究及应用

边界元法应用于轴对称管道及消声器声场分布及消声特性计算,表面积分简化成沿母线及旋转角上的积分.对奇异积分采用解析法、数值法及间接法联合来消除奇异性.边界角点区分为两个不同的质点振速.对于较长或具有复杂形状的管道及消声器,提出了子结构边界元——传递关系矩阵法.对一些管道及消声器的传递损失进行了计算,并与其它方法计算结果及实验结果进行了比较     

声屏障插入损失影响因素及降噪机理研究

为了分析高速铁路户外噪声的降噪机理和降噪效果,采用二维边界元法建立高架桥铁路声屏障噪声预测模型,分析不同因素对降噪性能的影响.基于试验结果,对有、无声屏障时的声场分布、场点声压时间历程及频谱特性、插入损失特性及其与速度的线性拟合关系进行探讨,分析声场分布特征和速度对降噪效果的影响.根据场点主要频率,采用边界元法和高速铁路户外噪声仿真模型对吸声系数、声屏障厚度、高度、倾角及面板结构形式等影响因素的降噪机理和降噪效果进行调查分析.分析中,分别考虑以上因素对声场分布、场点声压级及频率特性变化规律的影响.研究结果表明,声屏障采用鼻型结构、外倾30°时的降噪效果最好.     

双层壳体水下振动和声辐射的仿真分析

潜艇的隐身性是现代军用潜艇一项至关重要的性能指标,但由于问题的复杂性,对潜艇结构的声学计算一直没能得到很好的解决．采用有限元结合边界元的计算技术,对敷有隔声去耦材料潜艇舱段模型的声学性能进行了计算．在现有的计算软件中,ANSYS软件处理多物理场的功能比较强,并且有专门的声学计算功能,但它计算量大,后处理功能弱;SYSNOISE软件是专门的声学计算软件,但没有建模功能．考虑到它们各自的特点,采用ANSYS软件计算结构的流固耦合振动,在此基础上采用SYSNOISE软件计算辐射声场．最后对计算结果进行了总结分析,发现模型辐射声场中的声压呈有规律的花瓣形分布,内外壳的振动响应随着频率的增加而出现较大区别．本文的算法和结论对本领域的理论研究和实艇敷设去耦瓦都具有一定的参考价值．     

轴对称管道及消声器内部声场与管口声辐射问题的边界元法计算

边界元法用于计算轴对称管道及消声器内部声场与管口声辐射问题.对内部域和外部域有效的边界积分方程由管口处的连续性条件来耦合.轴对称边界积分方程被简化为沿母线的积分.采用三节点二次等参元对具有外插进出口管的膨胀腔消声器的传递损失、厚壁圆管内外声场及圆直管的辐射阻抗进行了计算并与其它方法结果进行了比较.作为应用实例,文中对简单膨胀腔消声器的插入损失进行了计算.     

列车车轮滚动噪声的频域特性研究

为探究轮轨表面粗糙度激励下车轮的振动辐射声场特征,采用有限元法-边界元法相结合的方法,建立车轮和轨道的三维有限元模型.分析了其结构振动模态和位移导纳,并通过声学边界元软件LMS Virtual.Lab建模,对车轮辐射声场与真实激励下辐射声功率级进行预测研究.结果表明,轮轨接触点处车轮径向导纳变化剧烈,在计算频率范围内自...     

轻型商用车驾驶室声场特性分析

建立了驾驶室的三维有限元模型,并进行了结构模态分析;建立了驾驶室声学有限元模型以及声固耦合模型,通过对其声学模态及耦合模态进行分析,对驾驶室声场有了初步了解.对驾驶室进行谐响应分析,得到位移结果文件,为后续声场分析提供了边界条件。利用Sysnoise声学软件计算驾驶员耳旁声压曲线,并进行声学灵敏度分析,深入研究引起驾驶室内噪声的原因。采用边界元法分析了驾驶室各板件声学贡献,确定了地板为声学贡献量最大的板件。在以上研究的基础上,通过加强地板刚度对驾驶室进行修改。     

基于ansys室内声场分布的探究

主要采用有限元的思想,并借助ansys软件对室内声压分布进行模拟,逃避了建立固体模型的繁琐,仅建立流体模型,通过制定流固界面、输入阻抗、吸声吸声,以及边界条件等相关因素,仍然准确、便捷的得到了声压的分布曲线和特性规律.对室内声学设计提供了有力的理论参考,为建筑声学提供了便捷的思路.     

基于ANSYS的气体介质电火花表面强化温度场分析

通过选取合适的热源模型、热边界条件,建立了气体介质中电火花表面强化加工的热传导模型;分析其温度场特点,建立了气体介质中电火花表面强化的二维温度场模型;并利用ANSYS有限元分析软件对气体介质中电火花表面强化的温度场进行了有限元数值模拟,分析了工件电极在不同时间、不同位置的温度场分布和变化规律,以及电火花加工时的电流参数对温度场的影响。结果表明:电火花表面强化层的放电凹坑主要是热量在材料中不同方向的热传导存在差异引起的,且具有快速加热和冷却的特点;在相同的加工速度下,节点的温度随着电流的升高而增大。     

基于ANSYS和SYSNOISE的弹性结构噪声分析

对弹性结构的噪声分析过程中,结构表面的声学量很难精确求解,结构的形貌往往需要优化.利用声学分析软件SYSNOISE可以计算结构表面及任意点的辐射声场,提出了将有限元分析软件ANSYS得到的振动位移响应作为SYSNOISE的边界条件,从而准确得到结构表面各声学量,根据噪声分布,利用ANSYS优化结构形貌.通过实例,验证了此方法的可行性.     

电磁超声表面波辐射声场的三维有限元分析

为了得到电磁超声表面波换能器在被测试件表面和内部的辐射声场分布,采用ANSYS有限元仿真软件对电磁超声换能器辐射声场进行仿真.建立了电磁超声换能器三维有限元模型并进行了优化,给出了被测试件中感生涡流与换能器激励线圈参数的量化关系.通过电磁结构耦合的方法得到被测试件内部及表面不同方向质点的位移变化,分析了在被测试件内部的辐射声场分布,并给出了被测试件表面辐射声场的指向性规律.根据仿真模型搭建了电磁超声探伤平台,实验结果与指向角仿真结果基本吻合.实验结果表明：对电磁超声表面波辐射声场的有限元仿真,为其设计优化、实际探伤范围的确定、接收线圈放置位置,以及收发装置的安装角度提供了依据.     

磁流体动力学动量轮的致动特性和影响因素

结合不可压缩流体的纳维?斯托克斯方程和磁流体动力学基本方程,针对电流和电压控制模式下矩形截面环管内金属流体的哈脱曼流动问题建立完整的传递函数模型,深入分析流体中黏滞力项和边界层效应对动量轮输出性能的影响. 通过有限元仿真软件COMSOL对流体运动特性和流场分布进行仿真验证,分析电流、磁场和流体特征参数对动量轮输出指标的影响. 在电流控制模式下,动量轮的角动量输出标度因数约为9.68×10^?5 N·m·s/A,可作为动量轮的设计与优化依据.     

换能器辐射板材料对辐射声场分布的影响

辐射板是换能器的声源输出装置,在安装空间限制声源尺寸的情况下,增加辐射板振动幅度成为研究的重点。本文仅考虑材料对辐射板振动幅度的影响情况,并进行了有限元软件WORKBENCH和ATILA软件分析了磁致伸缩换能器辐射板材料对振动幅频特性的影响以及对谐振腔内声场分布的影响。结果表明,相同激励与边界条件下,铝材料辐射板出现活塞振型时频率最高,输出位移最大,是其他材料辐射板输出位移的4.48-24.8倍;加入谐振腔体后,铝辐射板对应谐振腔内声压幅值最大,是其他材料对应辐射板辐射声压幅值的1.2-2.4倍。以上结论为频微型换能器辐射板的设计工作提供了有力依据。     

基于流声耦合的调节阀空化噪声数值预测

针对工程应用中调节阀普遍出现的空化以及由其产生的噪声问题,提出基于流声场耦合法的调节阀空化噪声数值预测方法,首先选择大涡模拟和空化模型对调节阀进行瞬态流场计算,然后联合声学边界元法利用流场信息计算噪声场特征,分别数值计算一种轴流式调节阀在空化和无空化工况时的噪声。结果表明:监测点处的声压级频率响应曲线整体趋势基本一致,计算结果符合实际规律;空化工况时的声压级频率响应曲线具有较多的峰值点,而无空化则较为平稳,可作为判断调节阀是否产生空化的依据;数值计算得到的监测点处总声压级与理论预测计算的相对误差低于7.1%,证明了数值计算的准确可行性。     

简支箱梁振动噪声影响参数研究

为了研究简支箱梁结构噪声,以32 m简支箱梁为研究对象进行车桥耦合动力分析,求解轨道不平顺作用下的竖向轮轨力。以竖向轮轨力作为激励加载在简支箱梁的声场分析模型中,以简支箱梁的动力响应结果作为边界条件,利用边界元和有限元相结合的方法求解声场内声压级的频率分布特性和传播规律。主要研究了行车速度和板件厚度等因素对简支箱梁结构噪声的影响。研究表明,桥梁结构噪声的频段主要在100 Hz以下,顶板上方的噪声声压级最大;结构噪声在传播过程中存在明显的衰减特性,噪声声压级随传播距离增大而减小;车辆运行速度越大,结构噪声声压越大;箱梁刚度和顶板厚度越大噪声声压级越小;相同列车荷载作用下,单箱双室箱梁辐射出的结构噪声声压级比单箱单室箱梁更小。     

声振耦合声场分析与声辐射结构优化

为实现内声场和外声场同时存在的强耦合声辐射预报和噪声优化,建立有限元/边界元强耦合方程,并给出两种声功率灵敏度的求解方法。首先给出结构和内声场的声振耦合有限元方程,并考虑外声场声介质对结构的反作用,根据交界面力和法向速度的连续性建立有限元/边界元强耦合方程;然后针对声功率拓扑优化中单元灵敏度分析时难以解耦的问题,将声功率转化为以结构位移为变量的表达形式,并修改伴随方程,实现将该方法扩展至强耦合优化问题中;同时针对伴随变量法(adjoint variable method,AVM)推导过程复杂的问题,提出声功率灵敏度的直接求导法;最后采用线性化刚度方法将结构单元相对密度作为连续设计变量,对不同的结构材料和声介质组合优化问题展开研究。对比计算表明:该耦合模型计算的响应值与采用无反射边界的有限元法计算结果基本吻合;直接求导法和伴随变量法均可使迭代达到收敛,但直接求导法推导过程更简洁高效;数值优化算例证明优化算法的适用性较好,在声功率优化设计中的有效性。