一种基于波数积分方法的线源声场计算方法

提出了在Pekeris波导条件下,一种基于波数积分方法的线源声场中的稳定数值计算方法。通过对深度格林函数中上行波与下行波的归一化,得到稳定的系数矩阵,从而求得格林函数的解析解。对深度格林函数进行模式展开,验证了该方法得到的深度格林函数解析解的准确性。结合仿真实例,将该方法得到的波数积分模型与传统简正波模型KRAKENC的结果进行比较,结果显示,当某号简正波的波数与海底波数接近时,KRAKENC计算不出该号简正波,会导致KARKENC的计算结果不准确,而波数积分方法可以很好地解决该问题。因此,提出的方法可以作为Pekeris波导中线源激发声场的标准模型。     

Pekeris波导环境中的水下运动声场仿真研究

对Pekeris波导环境中水下运动声源的声场进行了研究。将Pekeris波导中数值稳定的波数积分解和一维近似的波数积分方法运用于求解运动声源的声场。推导了运动声源声场的二维波数积分表达式,给出一维近似解,并在计算深度格林函数时引入数值稳定的计算方法。在仿真实验中,首先在自由空间条件下验证了一维近似的波数积分方法的准确性;再结合Pekeris波导中数值稳定的波数积分方法来分析运动声源的声场特性。通过改变波导和声源、接收器条件仿真研究Pekeris波导中运动声源声场的频率展宽和频移特性。     

一种可稳定计算负跃层浅海环境下声场的波数积分方法

提出了一种可以稳定计算负跃层浅海环境中声场的波数积分方法,通过对艾里(Airy)函数的归一化,得到了声源位于水体不同层中的系数矩阵,该系数矩阵是无条件稳定的。结合仿真实例,将该方法的计算结果与Airy函数未作归一化得到的计算结果进行比较,结果显示,当Airy函数未作归一化时,在某些情况下不能保证深度格林函数的足够收敛性,而该方法可以很好地解决该问题。同时将该方法的计算结果与简正波模型KRAKENC的计算结果进行对比,结果表明,文中提出的数值计算模型可以作为负跃层浅海环境中声场计算的有效补充。     

声场波数积分方法和数值计算

本文采用Schmidt的直接全局矩阵法(DGM)计算格林函数,实现声场波数积分法的数值计算,DGM最重要的优点是无条件的数值稳定性.声场数值计算例说明,波数积分法特别适用弹性海底和高斯波束声传播和反射系数的研究,物理图像清晰,物理现象一目了然.     

波数滤波法对拖曳线列阵流噪声抑制的仿真分析

通过对拖线阵流噪声产生机理的分析,提出采用波数滤波进行流噪声抑制的方法,并且对不同参数条件下一维线阵的波数谱进行了理论分析及实验室仿真计算,给出了几种抑制流噪声的有效途径。     

壳体振动的波数谱研究

本文通过理论分析、仿真和实验对壳体振动的波数谱特性和波数谱测量分析方法进行了初步研究。本文的研究例子表明,薄壳结构振动的能量集中于高波数谱,因此对振动的波数谱进行进一步的研究并采用波数域波波器的思想对减振、隔振降噪方法进行优化设计是可行的。     

地铁车致隧道与土体振动的高效时-频混合预测方法

提出了一种地铁列车引起的隧道与土体振动的高效时-频混合预测方法。该方法基于两步法开展。通过建立车辆-轨道-隧道-土体2D多体动力学/有限元模型,在时域中获取轨-隧相互作用力;将转化后的作用力施加在2.5D有限元-最佳匹配层模型上,在频域-波数域中求解隧道-土体系统的动力响应。同时,为提高频域-波数域计算效率,提出了波数范围随激励频率变化的高效波数采样方案。数值算例中,依次通过与时域3D有限元方法和传统固定波数域采样方案对比,对所提方法的准确性和高效性进行了验证。结果表明,采用时-频混合方法计算的观测点竖向振动速度时程曲线在波形和幅值上与时域3D有限元方法计算结果吻合较好。就振动速度级而言,时-频混合方法的计算结果略小于时域方法,但两种方法计算结果的相对误差小于3%。同时,所提出的高效波数采样方案能较好地预测不同频率荷载下的有效波数范围。除2 Hz以下低频振动外,高效波数采样方案与传统采样方案计算的观测点竖向振动速度1/3倍频曲线几乎吻合。就计算效率而言,高效波数采样方案计算时间为固定波数域采样方案计算时间的3/5。     

变压器铁心远场辐射噪声预估方法

本文建立了一种根据变压器铁心表面法向振动加速度预估变压器铁心远场辐射噪声声场的方法。基于封闭表面法向加速度计算辐射声场的Helmholtz积分公式 ,建立了实验变压器铁心的声场计算数学模型 ,进行数值仿真 ,计算结果与经验公式的推导结果基本吻合。研究表明本文提出的计算方法可以用来预估变压器铁心辐射噪声声场。     

边界无网格技术在噪声源识别中的应用

根据非共形面声全息对声辐射传播建模的高精确度要求,将边界无网格法引入声辐射传播建模过程中,实现对三维空间任意封闭曲面上Kirchhoff-Helmholtz边界积分方程高精度离散和求解计算。进一步研究非共形面声全息逆向重构问题的基本原理及其不适定性,采用了Landweber迭代正则化和L曲线正则化参数选取方法,从而确立有效的声场逆向重构求解方法。最后,还进行减速电机噪声源表面振动重构实验,验证研究的基于边界无网格的非共形面声全息的相关理论和方法可行。     

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。     

A wavenumber domain boundary element method model for the simulation of vibration isolation by periodic pile rows

The wavenumber domain boundary element method (WDBEM) for the interaction between the half-space soil and periodic structures is important for the design of various periodic structures in civil engineering. In this study, a WDBEM model for the half-space soil and periodic pile rows is developed and used in the analysis of the vibration isolation via pile rows. To establish the model, the rigid-body-motion method for the estimation of the Cauchy type singular integrals involved in the WDBEM is established for the first time. In the proposed model, the half-space soil and periodic pile rows are treated as elastic media. Employing the spatial domain boundary integral equations for the half-space soil and pile rows as well as the sequence Fourier transform method, the wavenumber domain boundary integral equations for the soil and pile rows are derived. By using the obtained wavenumber domain boundary integral equations, WDBEM formulations for the half-space soil and periodic pile rows are established. Using the WDBEM formulations as well as the continuity conditions at the pile–soil interfaces, a coupled WDBEM model for the pile–soil system is derived. With the proposed WDBEM model, the influences of the pile length and the shear modulus of the half-space soil on the vibration isolation effect of pile rows are examined. Presented numerical results show that the isolation vibration effect of pile rows is enhanced considerably with increasing length of the piles. Besides, the isolation vibration effect of pile rows is weakened considerably with increasing shear modulus of the half-space soil. Moreover, as expected, multiple pile rows usually produce a better isolation vibration effect than a single pile row.     

一种高频换能器的声场推算方法

以二维空间Rayleigh积分和二维平面声压构建技术作为理论基础,提出了一种高频换能器的声场推算方法。为验证该方法的正确性,对由4个压电元件所构成、频率1.8 MHz的矩形活塞换能器的声场进行实验测试和推算,以获得距换能器不同距离处的声压分布。在50 cm处,实测结果推算的最大误差为8.25%。在保证准确性的前提下,该方法有效提高了高频换能器的声场测量效率。     

The Galerkin boundary element method for exterior problems of 2-D Helmholtz equation with arbitrary wavenumber

Among many efforts put into the problems of eigenvalue for the Helmholtz equation with boundary integral equations, Kleinman proposed a scheme using the simultaneous equations of the Helmholtz integral equation with its boundary normal derivative equation. In this paper, the detailed formulation is given following Kleinman’s scheme. In order to solve the integral equation with hypersingularity, a Galerkin boundary element method is proposed and the idea of regularization in the sense of distributions is applied to transform the hypersingular integral to a weak one. At last, a least square method is applied to solve the overdetermined linear equation system. Several numerical examples testified that the scheme presented is practical and effective for the exterior problems of the 2-D Helmholtz equation with arbitrary wavenumber.     

计及温度条件下的微穿孔板结构优化设计

微穿孔板吸声体是由穿孔直径在1 mm以下的薄板和板后空腔组成的共振吸声结构,其结构通常可利用经典的微穿孔板理论来设计。但在温度变化条件下,经典的微穿孔板理论已经不足以设计出满足要求的微穿孔板结构。文中在设计微穿孔板吸声结构时,不仅考虑了结构参数孔径d、板厚t、孔间距b及空腔深度D对微穿孔板吸声特性的影响,又计入了温度T这一参数。拟采用改进的粒子群优化算法,分别对一定温度下的单层和双层微穿孔板吸声体的结构参数进行优化设计,搜索得到最优的参数组合,使其在给定的频带范围内平均吸声系数最高。优化结果表明:利用改进的粒子群算法设计出的微穿孔板吸声结构在给定频率范围内吸声系数较大,且符合给定温度的要求。     

复合层合矩形板水下声辐射解析计算

基于一阶剪切形变理论(FSDT),建立四边简支矩形复合层合板水下声辐射解析模型,采用一种基于定积分的方法计算板表面流载声压,以提高辐射声阻抗的运算效率。为验证算法的正确性,将所得结果与数值计算方法进行了对比。1阶剪切形变理论计算结果也与经典层合板理论(CLPT)的计算结果进行了比较,指出其在计算复合层合板声辐射时的优势。最后分析了跨厚比,铺层角度等参数对声辐射的影响,为结构噪声控制提供参考。     

无网格FEM-BEM法计算舱室空间声传递函数

对于舱室空间低频声场计算问题,通常采用有限元法(FEM)或者边界元法(BEM),但是当封闭空间内部存在其他物体,又需要考虑外部激励对内场的影响时,直接采用单一的前述方法不能满足建模计算要求,而且这些基于网格的方法在前处理、光顺化处理等方面都存在不足。针对这些问题,将有限元和边界元法结合,并将其无网格化,这对于封闭环境的声场预测是一种新的尝试。首先推导了无网格FEM-BEM计算模型,对微分方程的离散、形函数构造等细节进行了详细阐述,然后以实际算例对提出的方法进行了验证,结果表明,本文的无网格FEM-BEM方法和SYSNOISE的计算结果保持一致;进一步与实测结果的对比表明,该方法在低频率范围内,各测点平均声压级相对误差在5.26%以内。这说明,该方法不仅适用于复杂问题的计算,同时还具有良好的计算精度。     

深海海洋环境噪声垂直相关性研究

海洋环境噪声场是海洋中的固有声场,其空间结构特性是影响水声系统的重要因素之一。在风成海洋环境噪声波数积分模型的基础上,对深海噪声场的垂直相关性进行了研究。通过数值仿真讨论了深海环境下,海底声速、衰减系数、海面噪声源深度及接收器深度对均匀分布于海面附近的噪声源的垂直相关性的影响。仿真结果表明:噪声场的垂直相关随海底声速、衰减系数和接收器的绝对深度的变化较小;高频噪声的垂直相关性对噪声源的深度较敏感,低频噪声的垂直相关性受噪声源深度的影响几乎可以忽略。在此基础上,分析了某次海试噪声数据,并结合数值计算结果对实验测得噪声数据的垂直相关性进行了合理的解释。