结构声辐射的微元算法

本文提出了一种适用于不同材料特性、结构形状和边界条件的薄壳结构声辐射的计算新方法,并开发了计算机软件。在有限元分析结构表面振动速度分布基础上,将每个单元划分为若干微元,这可视振动体为无数微小活塞组合,每个微元上的振动速度和各点声压相同。由计算每个微元的声压及声功率后叠加得到整个结构的声压及声功率。算例对比表明,本方法在计算精度和速度上取得了令人满意的结果。     

结构声辐射模态分析

从结构振动模态理论的角度论述了结构振动与声辐射之间的基本耦合关系，提出了结构声辐射模态的有关理论。推证了振动结构声幅射模态参数：声辐射模态频率，声辐射模态振型，模态辐射声功率以及模态声辐射系数的表达式；讨论了结构的物理声辐射量（辐射声压，辐射声功率和声辐射系数）与结构的声辐射模态参数之间的关系，指出结构的声辐射模态可用来表征结构本身的固有声辐射特性。并将该理论应用于柴油机缸体的声幅射模态特性计算。     

柴油机机体声辐射模态特性分析

本文首先从结构振动模态理论的角度，论述了结构振动与声辐射之间的基本耦合关系，提出声辐射模态的有关理论，用结构的声辐射模态参数来表征结构本身的固有声辐射特性。兢后将该理论应用于柴油机机体的声辐射特性分析。     

混凝土圆柱壳声辐射数值模拟

本文采用ANSYS有限元软件建立混凝土封闭圆柱壳的声-固耦合分析模型,对封闭类混凝土壳体结构的低频噪声辐射进行模拟分析。在此基础上对封闭类混凝土壳体结构进行改良,在不影响结构承载力的前提下,在适当位置上开孔,使结构形状发生微小改变。经分析发现,该方式可有效改变此类结构的噪声频谱范围,有利于进行减噪降噪措施的设置,提高降噪效果。     

二维周期阻尼薄板结构的声辐射特性

对二维周期结构的现有研究大多局限于振动带隙方面,而针对二维周期阻尼薄板结构的声学特性,特别是结构材料属性对其声辐射特性的影响研究相对较少。通过有限元与边界元相结合的方法建立数值仿真模型,根据ISO 3744：2010（E）标准划分ISO Power FieldPoint Mesh场点,通过计算场点声压均方值揭示晶格常数、板和阻尼材料的密度等结构和材料参数对声辐射特性的影响规律,为控制周期阻尼结构的声辐射和实现降噪提供理论基础。     

基于有限元和边界元的轮胎振动声辐射仿真计算

为考察轮胎振动声辐射的规律,本文从仿真计算的角度,以195/65R15型轮胎为研究对象,通过ABAQUS建立了多层复合结构轮胎有限元模型,计算了轮胎接地点在受到径向激励时各节点的振动速度,并将其转化为声学边界条件,在Virtual.Lab中利用间接边界元的方法计算了轮胎的辐射声压、声功率级以及远场指向性,同时考察了胎压,静载以及胎侧材料等对轮胎振动声辐射的影响.结果表明轮胎的振动噪声能量主要集中在各特征频率,而胎面和胎侧的振动是轮胎振动声辐射的主要噪声源.与此同时,胎压和静载对声辐射影响较大,而胎侧材料对声辐射的影响很小.这为轮胎在真实路谱激励下研究其振动声辐射奠定了基础,同时为轮胎滚动过程中振动声辐射的仿真计算提供了指导.     

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。     

水中双向正交加肋圆柱壳体声辐射的有限元法

水下加肋壳体的结构声问题在水下航行器隐身技术中有更广阔应用。以受谐激励作用的水中双向正交加肋弹性薄圆柱壳为研究对象，考虑介质与结构振动的耦合效应，研究耦合系统的声振问题。解析法求解此类问题存在困难，运用有限元方法计算了双向正交加肋圆柱壳体的声辐射远场声压。算例结果表明：在设置环肋的基础上再加设纵肋，能有效地改善结构的声辐射特性。     

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.     

鱼雷结构振动与声辐射的统计能量分析

针对鱼雷壳体振动引起的辐射水声将直接影响到鱼雷的声隐身性能,且其振动还会传递至声换能器基阵,影响声换能器的正常工作,从而影响鱼雷的自导精度和距离的问题,对鱼雷壳体的中、高频振动和声辐射问题,应用统计能量分析法建立了水下鱼雷壳体的统计能量分析模型,结合算例研究了鱼雷壳体的振动与声辐射特性,得出了有用的结论.事实表明,该方法能有效地应用在鱼雷壳体结构的振动与声辐射特性分析上,具有较强的工程适用性和可操作性.     

基于ACTRAN的前仪表板声辐射研究

汽车发动机启停以及在加速过程中产生的振动激励会通过前仪表板对汽车驾驶室辐射噪声,针对此类情况,对汽车驾驶室声辐射进行研究。通过声学软件ACTRAN对驾驶室前仪表板分别在不加装饰、添加20 mm泡沫吸音层以及添加20 mm泡沫吸音层和3 mm隔音涂层的情况,在随机激励下的70～250 Hz低频段进行仿真研究。运用有限元-无限元的方法对壳体的固定点位添加激励,选取驾驶员右耳位作为监测点,通过对比监测点在3种情况下的振动响应曲线,发现添加吸音、隔音材料后,振动响应曲线振动幅值范围减小。最后在监测点位选取频率进行研究,导出相关频率下前仪表板在3种不同情况下的汽车驾驶室声压云图。通过对选取频率下3种方案的研究分析,为吸音、隔音材料复合情况下的降噪水平研究提供参考。     

复杂锥柱结构中频水下声辐射特性研究

验证了基于波动理论的FE-SEA混合法计算复杂结构中频水下声辐射的可行性,对复杂锥柱结构的中频水下声辐射特性进行了研究,讨论了载荷作用位置及内外壳板厚对其声辐射的影响,研究表明载荷作用于内壳时,其辐射声压最小;增大内壳厚度相比于增大外壳厚度能更有效的减小圆柱壳声辐射.     

WB法在三维声辐射中的应用

采用类似有限元处理无限域的方法,利用人工截断曲面将求解域分割成有界域和无界域,有界域再分割成凸形子域,在截断曲面内外分别定义可以表示声压场的波函数。通过连续性边界条件在人工截面上将内外子域联系起来,构造出可以求解的WB模型。算例表明,WB法比基于单元的方法计算效率更高。     

作为体积目标的船舶声辐射纵向分布特性的研究

利用时频分析原理对船舶辐射噪声沿着船长的纵向分布特性进行了初步分析与实验研究,提出了一个简化的船舶声辐射三亮点模型。实验分析的结果证实了所假设纵向分布特性亮点模型的正确性。本方法对研究船舶噪声起源及对船舶的声探测均有实际意义。     

自适应声学结构中基于声辐射模态的有源控制策略

研究了结构振动模态和声辐射模态之间的对应关系,并利用该关系建立了一种新的自适应声学结构有源控制策略,即引入单个或多个次级结构抵消初级结构振动模态对应的主导声辐射模态,使得主导辐射模态的声功率最小,从而控制总辐射声功率。研究结果表明:利用该控制策略,只需引入4个次级板同时抵消结构前4阶辐射模态的声功率,即可控制结构所有振动模态的声辐射,在宽频带范围内取得满意的控制效果。     

圆柱阵声透明性研究

为了分析具有较高空间透明性的圆柱型声基阵是否具有较好的声透明性,建立了圆柱阵阵元间一次散射的模型,对圆柱阵上的单路阵元所接收到的声场总声压的特性进行了理论推导和分析,总声压包含声场中的直达波和来自各路阵元的散射波.理论仿真结果表明:空间透明圆柱阵的声透明性具有明显的局限性,特别是阵元接收声压的幅值在水平面内起伏明显,并且这种起伏的程度在很低的频段依然比较严重.湖试数据和理论分析结果吻合较好,证明理论分析模型和方法的准确性.该分析方法对于研究其他空间基阵的声透明性具有借鉴意义,研究结果证实了在对基阵进行高增益信号处理时,测量基阵阵列流形并进行补偿修正是十分必要的.     

有限长圆柱壳体声辐射特性影响因素研究

以水下简支薄壳为研究对象，对外力激励下有限长圆柱壳体声辐射特性的影响因素进行了研究.考虑有限长圆柱壳体与声场之间的互耦合，并讨论它们之间的互辐射阻抗对壳体的辐射声压级和表面振动均方速度级的影响，着重分析了壳体的纵横比以及材质对圆柱壳体声辐射特性的影响.数值计算结果表明,结构与声场之间的互辐射阻抗对壳体的辐射声压级有一定的影响，但是对表面振动均方速度级的影响很小；壳体厚度对声辐射特性的影响比长度对声辐射特性的影响更为明显；材质对声辐射特性的影响是不可忽略的因素.     

周期子波在二维声辐射和声散射中的应用

提出了一种新的求解二维Helmholtz积分方程的方法。它通过将边界量用周期子波展开,将Helmhotz积分方程化为一组代数方程求解。即可求解Dirichlet、Neumann问题,也可求解合边值问题,方程的系数形成可用快速子波变换。用该方法形成的Helmholtz积分方程的系数矩阵是一稀疏矩阵,这样大大提高了计算效率,本算例表明：该方法收敛快,精度高,相同的精度下,本方法求解的未知量大大少于边界元所用未知量。     

几种典型声学结构的声辐射阻抗测量实验研究

声辐射阻抗反映了声源与声场之间的能量交换关系,是优化结构声学性能中控制的关键变量之一,针对其实验测量,基于波叠加法的基本原理,设计了用于测量结构声辐射阻抗的实验装置,进行标定实验后,对截面积均匀的圆管、截面积连续变化的号筒和截面积突变的消声器3种经典管道声学结构进行了测量,数据处理后得到实验解。对上述实验对象用有限元结合边界元法进行仿真计算,得到结构声辐射阻抗的数值解。对比实验解与数值解得出,该实验测量装置可以在一定频率范围内得到较精确的解。