约束阻尼板结构振动声辐射优化

根据经典薄板理论,建立约束阻尼板有限元模型,将其视作镶嵌于无限大刚性障板,利用Rayleigh积分法推导结构的辐射声功率及灵敏度表达式。以一阶峰值频率或频带激励下的声功率最小化为目标,约束阻尼材料体积分数为约束条件,建立拓扑优化模型,采用渐进优化算法,编制了优化计算程序,获得了约束阻尼材料的最优拓扑构型,并与全覆盖板及基板的辐射声功率进行了对比。研究表明：以声功率最小化为目标,对约束阻尼材料布局进行拓扑优化,能有效抑制结构的振动声辐射,为结构低噪声设计提供了重要的理论参考和技术手段。     

基于声辐射模态的粘弹性阻尼板声功率最小化研究*

为了减小薄板结构振动辐射的噪声,在重量约束下进行了声功率最小化研究。利用有限元振动模型来处理结构振动环节,利用声辐射模态模型来处理声辐射环节,用可行方向法进行了优化设计研究。以一矩形粘弹性阻尼板为例,得到了阻尼重量约束下板的声功率最小化模型,结果表明在满足重量约束条件下能够达到明显的降噪效果。     

基于非负声强的约束阻尼板拓扑优化研究

基于非负声强(non-negative intensity, NNI)对约束阻尼板声辐射问题作了分析及探讨,对约束阻尼板的阻尼材料的最优分布问题进行研究。使用非负声强识别结构表面对远场声辐射占据主要贡献地位的区域。使用固体各向同性材料惩罚(solid isotropic material with penalization, SIMP)方法进行密度插值,建立以阻尼材料相对密度为设计变量,以阻尼材料的体积占比作为约束,以声辐射贡献最小为目标函数的优化模型,采用移动渐近算法求解优化模型。以四边固支板为例,分析平板振动表面对远场贡献显著的区域,对阻尼材料的分布进行了优化设计。算例结果验证了基于非负声强的拓扑优化算法在降噪优化设计中的有效性,同时具备改变结构振动辐射模式的潜力。     

主承力结构对柴油机振声响应影响规律的研究

建立某12V型柴油机的有限元模型,进行整机振动频响计算,并结合AML方法建立该柴油机的声辐射预测模型。在此基础上,开展主承力结构不同设计参数方案下的内燃机整机振声响应计算,从而确定影响内燃机振声响应的主承力结构关键设计要素:主轴承座-盖宽度、机体箱体内侧板位置及机体箱体外侧板厚度,并对上述设计参数进行关于内燃机整机声功率级的响应面分析。通过响应面分析的结果,获得了该柴油机主承力结构的最优设计方案,对比优化前后整机声功率级值,主承力结构优化后整机声功率级值减小了1.87 d B(A),即优化后声功率比原始结构下声功率减小了1/3,优化效果显著。     

《基于声辐射模态分析粘弹性阻尼板的声功率灵敏度》

本文利用声辐射模态模型分析了粘弹性阻尼板的声功率灵敏度,考察了在板上加自由阻尼层和粘弹性梁的两种情况,揭示了阻尼厚度变化对声功率灵敏度的影响。结果表明,适当增加阻尼层厚度和合理配置粘弹性梁的形式能够有效地控制板辐射的声功率。     

对两相材料薄板声功率及其灵敏度研究

采用有限元与声辐射模态相结合方法研究两相材料薄板声辐射声功率,并分析结构声功率关于设计参数的灵敏度。应用有限元方法来处理结构的振动环节,将位移向量用振型的线性组合表示,用振型叠加法求解模态坐标得到位移向量从而求出结构的速度分布;在声辐射环节,采用声辐射模态展开从而求得声功率。将薄板声功率对设计参数求偏导,得到声功率灵敏度。以四边简支两相材料薄板为例,着重对声功率关于板密度和厚度的灵敏度进行了研究。     

不同阻尼形式对车轮振动声辐射特性的影响

轮轨噪声是列车主要噪声源之一,而车轮振动声辐射是轮轨噪声的重要组成部分。施加阻尼措施能够有效地降低车轮的振动及声辐射。根据轮轨滚动噪声理论,采用有限元-边界元方法,建立标准车轮以及对应阻尼车轮有限元、边界元模型,以等效轮轨粗糙度作用力为激励,研究施加喷涂阻尼和约束阻尼后车轮振动声辐射特性,调查了不同厚度（1 mm ～5 mm）阻尼对车轮减振降噪效果的影响。数值计算结果表明：在轮轨等效粗糙度名义滚动圆接触点径向激励下,采用喷涂式阻尼处理,当材料厚度为2 mm时,降噪效果达到最佳,与标准车轮相比降低2 dB(A)。采用层状约束型阻尼处理,约束层固定为1 mm时,当阻尼层为2 mm,降噪效果最好,与标准车轮相比降低3 dB(A)。     

《简支板辐射噪声的结构优化控制与仿真》

以简支矩形板为例,利用时域声辐射模态进行噪声的结构优化控制。已有研究表明时域辐射模态能独立地辐射声功率,并且振动结构辐射的声功率主要由第一阶辐射模态的声功率决定。在此基础上进行简支板辐射噪声的结构优化控制,并对最优控制力源的位置进行了讨论和分析。最后设计自适应前馈控制系统对控制效果进行仿真验证。     

轻质弱辐射的阻尼夹芯复合材料圆柱壳的优化设计

基于三维弹性理论,对阻尼夹芯复合材料圆柱壳在简谐点力作用下的振动声辐射进行优化研究。建立了以总质量、基频和模态阻尼为优化目标的多目标函数优化模型,对纤维层和芯层厚度分布和铺层方式进行优化设计;经与其他文献及"有限元+边界元"法得到的结果对比,验证了三维弹性理论的计算结果的有效性;分析了三明治夹芯圆柱壳的振动和声辐射的影响因素,发现芯层中面线位置高于整壳中面线时有利于提高基频,降低声辐射功率;且随着铺层角的增加,固有频率呈抛物线型变化趋势,模态阻尼比则逐渐减小。经优化设计,声功率一阶共振频率向高频方向偏移20 Hz,最大声功率降低11.66 dB,200 Hz以下的低频段,声功率峰值密度明显降低。     

复杂隔振结构激励下弹性基础振动及声辐射分析

针对隔振结构-弹性基础耦合结构向外声辐射问题,本文采用刚体理论及改进的傅里叶级数方法建立以任意边界弹性板为基础的双层隔振耦合结构数学模型。采用瑞利-里兹方法得到整个耦合结构的强迫振动响应,继而通过提取表面振速分布计算基础弹性板向外的辐射声功率。结合隔振结构的布置情况,以隔振器安装点的振动作为表征,探讨了耦合结构振动模态与基础板声辐射模态之间的耦合对应关系。最后计算并分析了基础边界条件对基础板向外辐射声功率的影响。     

基于声辐射模态模型求解声功率灵敏度

声功率灵敏度分析揭示了结构振动引起的辐射声功率与结构设计变量之间的关系。通过利用声辐射模态模型来处理声辐射环节,利用有限元振动模型来处理结构振动环节,从而提出一种新的声功率灵敏度求解方法。在带障板的加筋板声辐射模型中,采用较常用的瑞利积分模型处理辐射环节的方法对其进行了验证。最终验证了这种方法的可行性。     

阻尼层对水下圆柱壳辐射声场的去耦特性影响

基于模态叠加法,采用Navier方程描述阻尼层,建立敷设粘弹性阻尼层的水下圆柱壳振动声辐射模型。与数值计算结果比对,验证了计算模型的可靠性。分析圆柱壳的径向均方振速和辐射声功率,研究了粘弹性阻尼层对水下圆柱壳辐射声场的去耦特性影响。结果表明,粘弹性阻尼层的径向均方振速频响曲线可以分作三个频段,当频率较高时,粘弹性阻尼层能降低辐射声功率;与壳体厚度相比,阻尼层厚度对阻尼层去耦特性的影响更大。     

船舶机舱模型振声环境预报与控制

以某航海教学实习船机舱为原型,将此振动-声辐射耦合系统简化为箱形多腔结构,建立多腔结构及其单元腔室有限元模型,考虑液舱布置与充液、激励源处设置隔振器等情况,对结构进行频率响应分析,运用声学边界元法对舱室噪声进行预报,通过对舱室中心场点声学贡献较大的板件进行约束阻尼处理,有效降低舱室噪声。并进行船舶机舱模型振动-声辐射实验。分析表明：研究三舱段船舶机舱模型振声性能时,充液及增加充液舱数,对模型固有频率影响明显,通过设置隔振器能有效降低舱室振声等级,在非激励源舱室敷设约束阻尼材料,也可起到较好降噪作用。     

车身结构阻尼材料减振降噪优化设计

本文针对某一乘用车车身结构振动引起的声辐射,建立了车身结构、声学空腔以及声固耦合有限元模型,分析了该乘用车车身的声固耦合特性。通过对车身各板件的贡献度分析,确定了对车内噪声贡献度最大的壁板。针对该壁板的阻尼减振降噪优化设计,建立了拓扑优化模型,采用渐进优化算法（ESO）,计算了阻尼材料的优化布局。研究结果表明：阻尼材料的优化布局使阻尼材料的使用率大大提高,50%的阻尼材料用量能基本达到全覆盖阻尼材料壁板的降噪效果,阻尼结构优化设计对车内噪声控制具有一定的理论指导意义。     

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。     

基于有限元法的贴敷阻尼薄板声辐射性能研究

基于分层理论,建立了四边简支约束条件下薄板声辐射特性有限元分析模型,计算了其固有频率、辐射声功率及振动均方速度,并与Comsol软件计算结果进行对比,证明了该方法的有效性。其次,将分层理论用于贴敷阻尼薄板的声辐射特性研究中,分析了单/多层阻尼对结构声辐射特性的影响。最后,通过分析贴敷阻尼薄板在轻/重流体、不同流速条件下的声辐射特性,研究了流体对贴敷阻尼薄板声辐射特性的影响。结果表明,贴敷多层阻尼的薄板结构声辐射特性对阻尼材料贴敷顺序较为敏感,将弹性模量较大的阻尼材料贴敷在靠外侧能够增大约束阻尼层的剪切变形,有利于提高结构整体的损耗因子,降低结构的振动和声辐射;流体流动时,结构声振特性将发生非线性变化,当流速较低时,结构声振特性变化明显,随着流速增大,变化趋势趋于平稳。     

附加自由阻尼板阻尼材料降噪拓扑优化

对附加自由阻尼的板件结构,考虑粘贴阻尼材料前后,中性面位置的变化,利用Matlab编程建立自由阻尼板有限元模型,并利用Rayleigh积分法推导了薄板结构的辐射声压表达式;以辐射声场内某点的声压最小为目标,阻尼材料的体积为约束条件,建立拓扑优化模型。以悬臂板结构为例,编写了拓扑优化程序,利用渐进结构优化算法,获得了阻尼材料的最优布局,并与以模态损耗因子最大为目标的拓扑优化结果进行了对比。结果表明:在主要关注目标是结构的声学性能时,直接以声压为目标的优化方法比以模态损耗因子最大为目标的优化方法更有针对性,效果更好。利用实验对仿真结果进行了实验验证。     

约束阻尼结构的双向渐进拓扑优化

针对约束层阻尼板的拓扑优化问题,以模态损耗因子最大化为目标函数,约束阻尼材料体积分数为约束条件,建立了约束阻尼板的拓扑优化模型。基于模态应变能方法,推导了目标函数对设计变量的灵敏度。采用双向渐进优化算法(BESO)对约束阻尼材料的布局进行了拓扑优化,获得了约束阻尼材料的最优拓扑构型,并与渐进优化算法(ESO)进行了比较。研究结果表明：双向渐进优化算法相比单向渐进优化算法,获得的模态损耗因子更高,阻尼减振效果更好。     

阻尼处理对水下弹性壳体振动声辐射影响分析

利用有限元软件ANSYS和边界元软件SYSNOISE对水下弹性壳体在不同阻尼处理下受激振动与声辐射特性作了数值计算分析研究,讨论了粘弹性阻尼厚度及敷设方式对水下弹性壳体振动声辐射特性的影响,研究表明：阻尼处理可以有效的降低结构的辐射声功率,阻尼层的厚度不是越厚越好,要结合激励力的频谱特性和壳体的振动特性来选择合适的厚度,敷设方式内粘自由阻尼层要比外粘减振效果好.     

夹层边界上布置主动声学边界的有源隔声双层板结构

在双层板结构中夹层声场边界上布置平面声源作为主动声学边界,构成有源隔声双层板结构,提出基于主动声学边界方法的有源隔声双层板结构。在双层板结构中夹层边界上布置四边简支板,用来代替主动声学边界,控制力作用到该简支板上,采用声弹性理论建立了有源隔声双层板结构的计算模型,分别以辐射声功率最小和夹层声功率最小作为控制目标来优化控制力,计算分析控制前后夹层结构的传声损失以及各子系统的响应,并研究了主动声边界尺寸大小对系统隔声性能的影响。计算结果表明:主动声边界控制策略可以有效提高双层板结构的隔声性能,且以辐射声功率最小为控制目标要优于以夹层声场的声功率最小为控制目标;控制后,主动声边界对入射板振动响应几乎没有影响,辐射面板的振动动能和夹层声场的声功率均被有效地抑制;不同尺寸主动声边界都提高了夹层结构的隔声性能;对于低频率段,不同尺寸主动声边界对夹层结构的隔声性能提高的程度相同;对于其他频率段,主动声边界对传声损失和各子系统响应的影响并没有一定的规律,可以对主动声边界的尺寸进行优化设计,达到提高特定频段隔声性能的目的。