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。     

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。     

用声模态技术识别内燃机噪声源

为了准确识别内燃机噪声源，提出了一种声模态分析技术.通过对双传声器声强信号进行傅里叶变换，得到两个声压互谱的虚部，进而计算出各测点声强的频率分布，将测量面上各测点某一频率成分的声强值挑选出来，得到测量面上各频率成分的声模态.用声模态技术对一台汽油发动机噪声源识别，确定了各测量面的主要噪声源的位置，并对噪声源产生机理进行了分析.结果表明，声模态技术能准确识别出测量面上各种频率成分的噪声源位置，为噪声控制的结构改进和声源屏蔽提供重要信息.     

通过辐射模态研究封闭空间结构声辐射及其有源控制

通过辐射模态研究了封闭空间的结构声辐射及其有源控制问题.分析了辐射模态的数学和物理意义并揭示了辐射模态与声腔模态之间的内在耦合关系,并通过声辐射模态建立了弹性封闭空间结构声辐射有源控制模型.针对辐射模态在有源控制中的应用实现问题,给出了一种新的控制策略,即将辐射模态按对应辐射效率或耦合强度从大到小排列,使前k阶声辐射模态声势能最小化.采用压电陶瓷作动器作为控制力源进行了封闭空间结构声辐射有源控制数值计算与分析研究.结果表明,辐射模态与声腔模态的耦合具有严格的选择性,各阶辐射模态的形状和与相耦合的主导声模态在耦合面上的形状非常相似;在低频范围内,一般只需最小化前三阶辐射模态声势能,在更低频或声模态频率附近,只需最小化前一阶最有效辐射模态声势能,便能和总声势能最小化策略控制效果基本一样.     

基于近场声全息的车内噪声贡献量

在声场的声源信息未知的情况下,基于近场声全息技术提出了一种对汽车车内声场进行声源识别、声场预测及声学贡献分析的方法。因为汽车车内噪声等不满足自由声场的情况,分析了存在反射情况的声场预测方法。最后,通过算例对反射声场中声源识别、声场重建及声学贡献进行了研究,取得了满意的结果。研究表明,将近场声全息技术用于声贡献量分析相对于传统方法有明显优势。     

基于经验模态分解和小波变换声发射信号去噪

为了解决声发射信号去噪问题,在分析经验模态分解去噪和小波阈值去噪优缺点的基础上,提出将二者相结合的去噪方法,包括IMF-Wavelet方法,EMD-Wavelet方法和Wavelet—EMD方法．利用标准信号及断铅模拟声发射信号对所研究方法进行了去噪性能分析．结果表明：对于标准信号,Wavelet—EMD方法无论在高信...     

Pekeris波导中侧面波矢量场

侧面波作为近距离声场的重要成分,因其现有近似公式误差过大而给近距离声场分析和预报引入较大误差.针对Pekeris波导,在推得矢量场积分公式基础上,经严格的围道积分分析,推得侧面波矢量场积分公式,并对其设计了快速数值积分算法.该算法将侧面波原来的计算精度提高了1～2个数量级.数值分析表明,侧面波声压场与矢量场具有相近的衰减规律:相对于海深的近距离内,衰减率接近球面波;中等距离衰减率近3倍于球面波;远距离衰减率2倍于球面波.在几倍于海深的距离内,侧面波占总声场的主要成分.海试结果与声场理论预报接近,初步验证了该算法的正确性.     

Reconstruction and prediction of multi-source acoustic field with the distributed source boundary point method based nearfield acoustic holography

With the development of acoustic holography technique and the constant appearance of new measurement devices and analysis softwares, acoustic holography technique has become the most effective and popular method to visualize acoustic field. The surface velocities can be reconstructed and acoustic quantities such as pressure, particle velocity, acoustic intensity and acoustic power in the 3D acoustic field can be predicted conveniently and quickly by measuring the complex pressure on a nearfiel…     

16通道声波飞行时间测量系统

为了获得更多路径的声波飞行时间,提高声学法温度场重建精度,设计了基于虚拟仪器的16通道声波飞行时间测量系统.该系统以LabVIEW为软件设计平台,以数据采集模块、声波发射电路、声波接收电路和带声卡的计算机构成硬件系统,实现了声波信号的产生、发射、接收、采集和互相关分析全过程.测试结果表明,系统能够按照设计构想正常运行,用互相关分析法获得的各路径声波飞行时间估值稳定,在系统中嵌入适当的温度场重建算法便可实现16通道声学法温度场检测.     

电站锅炉声学测温中炉膛声场及热态背景噪声特性研究

以理论和实验相结合的方法,对锅炉冷态声场进行了研究;系统分析了锅炉热态噪声的产生机理和声衰减特性;把小波理论引入到炉膛声特性提取之上,从不同尺度空间获得了炉膛噪声信号的特性;并对背景噪声声压级进行了测量.研究表明:电站锅炉声学测温中,声源在锅炉冷态时形成的声场为扩散声场;热态由于声衰减作用可以近似为自由声场;不吹灰时,...     

超声编码激励产生声辐射力的数值模拟

基于编码扩谱原理,在超声弹性成像技术中,提出用编码激励产生声辐射力的方法,分析其原理并建立了概率统计模型,研究编码激励在各向同性均匀介质中产生的超声剪切波的分布特性.数值仿真结果表明,用编码脉冲激励产生声辐射力的方法可提高系统的时间和频宽利用率,同时结合脉冲超声检测编码调制技术的支持,可减少对激励信号占空比的局限,提高声辐射的穿透力和回波信噪比.     

低速流场中的声传播模拟

为了研究流噪声的产生机理,且考虑介质粘性和流场对声传播的影响,采用分解法对低速流场中的声传播进行数值模拟.基于非结构化网格,采用有限体积法对时域上低速流的声传播问题进行研究.把可压缩N-S方程分解成不可压N-S方程和声扰动方程,并采用SIMPLE算法来求解声扰动方程,吸收边界采用DRP(保持色散关系)无反射边界.对流场...     

时域反射电缆测长中的波速特性

行波波速是决定时域反射电缆测长系统测量精度的关键.为了减小波速的影响,研究了时域反射电缆测长中的波速特性,分析了行波传播速度和介电常数的频率特性,研究了电缆的材料特性和环境温度对电缆中行波传播速度的影响,总结了确定波速的依据.实验测量了行波信号在不同温度下的波速,给出了行波在PVC绝缘电缆中传播速度的温度补偿系数.实验...     

Nearfield acoustic holography based on the equivalent source method

After the development of the NAH in the past twenty years, it has become an impor-tant tool for identifying noise source and visualizing acoustic field. The core of the NAH is the spatial transform algorithm. Since the 2-D spatial FFT method is used to realize the NAH by Williams in 1980[1], several different improved methods on the basis of the 2-D spatial FFT, such as the K-space filter method, Wiener filter method, iterative algo-rithm method and the statistically optimized NAH (S…     

水声信道有效声速估计方法及空间特征分析

为准确快速获取水声信道有效声速以提高水声测距及定位精度,提出了一种分层海洋介质中空间有效声速的快速估计方法.该方法考虑了信道多途的影响,对浅海信道和深海信道中有效声速的计算均适用,尤其对于有效声速随空间变化复杂的浅海信道.该方法不需对空间各点声场进行计算,大大减小了计算量,易于实际工程应用.通过仿真和海试数据分析,得到了各环境要素对有效声速估计的影响规律及浅海信道有效声速空间变化的基本特征,验证了有效声速估计方法的有效性.     

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.     

基于小波分析的声全息识别运动声源的方法

在声全息法识别运动声源理论的基础上,建立了基于小波变换消除多普勒效应的方法。给出了声全息法识别运动声源的理论模型,并对识别过程中的多普勒效应问题进行了分析,提出了相应的解决方法。实验结果表明:该方法能够准确识别运动声源,而且比传统方法更符合声源实际位置,有效地解决了原方法中需要预先已知声源的真实频率才能完全消除多普勒效应的缺点,提高了运动声源的识别精度和计算效率。     

弹性球壳声衍射对矢量传感器测量影响

声矢量传感器由传统的无指向性声压传感器和偶极子指向性质点振速传感器组成,被应用于水声测量和探测领域,但作为水声测量设备它会受到安装载体衍射声场的影响,使其接收声场失真和指向性发生畸变.以实际应用需求为背景,从理论上分析了平面声波在弹性球壳上的衍射声压场和振速场;采用薄壁球壳机械阻抗近似公式,计算了球壳声衍射对矢量传感器声场测量和指向性的影响.根据共振散射理论,弹性球壳衍射声场的共振项与壳体的机械阻抗和辐射阻抗有关,而其背景项与刚性球和绝对软球的声衍射有关.计算和分析结果表明,在球壳散射声场的共振项频率处,矢量传感器的接收声场严重失真,且其指向性图变得复杂;另外,它们也与声波的入射方向和距离有关.这些结果为利用矢量传感器进行水声测量和探测提供基本的物理基础.     

PVDF声辐射模态传感器设计中的关键问题研究

利用分布式位移传感材料PVDF薄膜设计声辐射模态传感器,通过检测低阶辐射模态的幅度以获得结构近似的辐射声功率。基于声辐射模态理论和PVDF传感模型,推导了PVDF形状系数理论公式,对设计中的关键问题进行了研究,得出PVDF的形状系数和结构振动模态选取的通用准则,提出分频段设计法解决了形状系数和结构振动模态之间在选取上的矛盾,在此基础上对PVDF传感器进行了优化设计并给出了PVDF对的中心线取值的一般规律,利用声辐射模态的嵌套特性使得输出电荷的放大倍数与频率呈线性关系,并通过实例仿真验证了文中结论。     

矢量水听器阵波束域MVDR方法研究

矢量水听器可同时拾取声压和振速信息,成阵后水听器间的相移信息量增大.基于矢量水听器阵的波束形成性能明显由于单纯声压水听器阵.矢量水听器阵可用常规方法进行波束形成,但其方位分辨率有限.已经有人研究了矢量水听器阵的最小方差无失真响应波束形成算法(MVDR),但属于对阵元域信号进行的直接处理,运算量较大.本文提出一种基于矢量水听器阵的波束域MVDR算法(BMVDR).该算法首先将矢量水听器阵元的空间数据转换到波束空间,然后对转换后的数据再运用MVDR算法.结果,不但实现了降维处理,减小了运算量,同时可进一步抑制扫描扇面外的噪声.对BMVDR算法进行了仿真并与常规MVDR算法进行了比较.结果表明,本文方法可得到与常规MVDR算法相当的方位分辨能力.