基于阻尼辨识的双层厚壁结构声振环境预示研究

高超声速飞行器主要舱段一般为双层厚壁结构,以满足防热和载荷需求。为了精确预示高超声速飞行器舱段结构的声振响应,开展了基于阻尼辨识的双层厚壁结构声振环境预示研究,提出了一种基于声振试验的阻尼损耗因子辨识方法,给出了基于阻尼辨识数据库的声振环境预示流程。以某超高声速飞行器双层厚壁舱段为研究对象,对结构声振耦合环境进行了统计能量分析,开展了声振试验和基于试验的阻尼辨识,得到了与试验结果吻合较好的声振环境预示结果。提出的双层厚壁结构阻尼辨识方法和声振环境预示方法对于飞行器结构动力学环境精确预示具有重要意义,可以广泛应用于航天、航空、船舶和汽车等领域。     

飞行器跨声速段肩部脉动压力等效预示方法

基于锥-柱形飞行器肩部过渡段在跨声速阶段的脉动压力分布特征及现有的飞行遥测加速度响应数据,提出一种适用于此外形特征飞行器的脉动压力等效预示方法,通过悬臂梁结构数值仿真验证方法的有效性和准确性;然后将该方法应用于某型飞行器,把实际分布形式的随机脉动压力等效为集中力形式,利用有限元软件计算得到的频响函数信息和飞行遥测加速度响应进行脉动压力识别,未参与识别过程的加速度响应进行正向校验,结果表明提出的方法可以准确地预示飞行器跨声速段脉动压力环境,对高速飞行器脉动压力预示的工程研究有一定的参考意义。     

双层圆柱壳体水下振动噪声结构传递路径分析

为了实现水下双层圆柱壳体噪声源及传递路径的识别、量化,建立了水下结构振-声传递路径分析（TPA）模型,模型借助互谱技术、平均技术及加窗来进行频响函数估计,并结合正则化方法改善频响函数矩阵求逆的病态问题。进行了双层圆柱壳体水下振动-声辐射试验,实现噪声与结构振动数据的同时基采集。编制TPA程序计算得到合成噪声响应与实测结果吻合很好,利用频谱贡献云图及数据对比的方式分析了传递路径对壳外目标点噪声的贡献,结果与分布运转法所得一致,进而从传递路径的角度找出了对壳外噪声起主导作用的环节。可见,建立的水下双层圆柱壳体结构振-声TPA方法可以有效地识别、量化主要噪声源和噪声的传递路径,并且能够指导水下噪声实时预报和采取针对性的减振降噪措施。     

球磨机旋转简体的声振耦合特性分析

球磨机噪声主要来源于旋转简体的振动。为减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元方法,对旋转简体的声、振特性进行分析,阐明筒体的结构振动模态特性,结构声模态特性及其声振耦合的关系,并找出对筒体噪声辐射效率贡献量较大的几阶结构模态。该分析结论对球磨机噪声机理的研究、有存储作用。     

球磨机旋转筒体的声振耦合特性分析

球磨机噪声主要来源于旋转简体的振动。为减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元方法,对旋转简体的声、振特性进行分析,阐明筒体的结构振动模态特性,结构声模态特性及其声振耦合的关系,并找出对筒体噪声辐射效率贡献量较大的几阶结构模态。该分析结论对球磨机噪声机理的研究、有存储作用。     

低雷诺数下微型四旋翼飞行器气动和振动特性分析

振动噪声环境预示技术是高速飞行器总体设计、结构设计的重要内容,对高速飞行器振动噪声预示问题的国内外研究进展进行简单回顾,再结合作者的工程与研究实践,从振动噪声源、传递特性和响应分析技术等几个方面,提出若干需要深入研究的关键技术,并指出这些技术的完善,将有助于高速飞行器全弹道、全频段振动噪声响应预示和控制问题的解决。     

航天器发射阶段声振环境载荷控制技术研究进展

航天器在发射阶段承受各种恶劣而复杂的声振环境载荷,严重影响着航天器的可靠性。目前,关于改善发射阶段航天器所承受的力学环境、切断振动噪声传播路径的相关研究已得到世界各国航天技术研究机构的重视。其中,各种声振环境载荷以透射声或结构声辐射的形式传递到整流罩内部后,将会在整流罩内形成恶劣声学环境——高声压级的噪声环境。本文主要对整流罩内噪声的主、被动控制技术的国外研究进展进行系统地综述和分析,以期对我国相关领域的技术研究及应用有所启示。     

奇异谱分解在超声速无人机声振试验数据处理中的应用

将相空间重构和奇异谱分解相结合对受强气动噪声影响的超声速飞行器测试数据进行滤波,以实现对于试验参数的精确识别。首先通过数值仿真论证该方法的可行性,然后针对某型超声速无人机的声振试验对试验采集数据进行相空间重构,并对重构后的轨迹矩阵进行奇异值分解,得到反映真实信号信息的信号子空间和反映噪声信息的噪声子空间。通过定义奇异值差分谱这一指标来判定真实信号信息子空间维数,并针对现有最大差分谱理论缺陷提出了优选差分谱峰值理论,利用奇异谱分解的逆过程对真实信号进行重构。重构结果表明,该方法适用于超声速飞行下的飞行器声振试验数据处理,为超声速飞行器飞行状态的精确描述提供了良好的思路。     

舰船水下辐射噪声快速预报方法

提出一种高精度舰船水下辐射噪声快速预报方法。首先分析设备基座振动、船体表面振动与辐射声场之间的传递规律,然后建立设备基座振动与水下辐射声压之间的传递函数,并通过理论分析、数值及试验验证设备基座至结构水下辐射声压之间存在着只与频率相关的声振传递函数,即声振传递函数具有不变性。研究表明,基于声振传递函数不变性的舰船水下辐射噪声快速预报方法较有限元法具有较高的预报精度和预报效率,预报速度达到分钟级。     

流体激励下泵喷推进器声振耦合响应数值分析

泵喷推进器由导管、转子和定子组成,它具有推进效率高的优势,但其在流体的作用下也易产生剧烈的结构振动并辐射噪声,削弱水下舰船的声隐身性能。为了解流体激励下泵喷推进器的动态特性,首先通过基于大涡模拟的计算流体力学(CFD)仿真计算,得到推进器的非稳态流场,提取泵喷推进器关键结构表面的脉动压力,并将此流体载荷作为推进器声振耦合分析的激励源;然后,建立泵喷推进器水下结构声振耦合系统的有限元/边界元模型,分析流体激励下结构的振动位移响应和辐射声场分布;最后,讨论不同进速系数对于泵喷推进器水动力性能和声振耦合响应的影响。仿真分析的结果可以为典型结构泵喷推进器的减振降噪设计提供一定的依据。     

基于FE-SEA混合法的空间站核心舱“中频”噪声研究

由于空间站核心舱的声源频谱特性、结构形式、材料属性等非常复杂,整个预示模型可能出现子系统模态密度差异较大的情况,单一的有限元方法或统计能量分析法均不能对整个系统的声振环境进行有效评价。本文基于FE-SEA混合法,建立整舱复杂声振耦合精细化噪声仿真模型并仿真,得到舱内的"中频"噪声水平特性分布。结果表明,基于FE-SEA混合模型所得声压级曲线在全频域普遍高于单纯采用统计能量模型计算的结果;尤其在160Hz附近,睡眠区的FE-SEA模型结果要远大于SEA模型的结果。     

结构星噪声与振动组合环境激励试验及效应研究

受地面试验技术条件的限制,目前对卫星发射及飞行过程所经历的复合环境采用单项环境模拟试验来实现,通常是进行随机振动试验或者噪声试验。实际上,无论单独的随机振动试验还是单独的噪声试验都难以准确模拟卫星在发射飞行状态所经历的复合环境,在不同频段会存在"过"或"欠"试验的问题。以某型号结构星为对象,开展噪声与振动组合试验技术研究,对声振组合试验、随机振动试验、噪声试验的有效性及耦合效应进行分析与总结,为后续卫星产品开展相关试验提供参考。     

推进轴系纵向振动引起的艇体声振特性分析

螺旋桨在艇体艉部不均匀伴流场中旋转产生的脉动推力激励起推进轴系纵向振动,振动经推力轴承基座传递至艇体,引起艇体水下低频辐射噪声。通过建立推进轴系、推力轴承基座和艇体耦合结构模型,分析推进轴系─艇体的耦合振动模态,结果显示,艇体弹性支撑边界条件对推进轴系的纵向振动特性有一定影响。采用基于模态叠加法的有限元结合边界元方法分析推进轴系纵向振动激励下的艇体水下辐射声场,分析表明,艇体第1阶纵向振动模态是参与艇体水下声辐射的主模态。进一步在推力轴承及其基座间安装动力吸振器以减小推进轴系纵向振动向艇体的传递,使艇体水下辐射噪声得到一定程度上的控制。     

阻振质量复合托板减振效果试验研究

在双壳舷间结构声传递途径试验分析基础上,提出了阻振质量复合托板结构。通过典型双壳动力舱段振动及声辐射数值试验,分析了阻振质量截面参数、布置位置对刚性复合托板隔振性能的影响规律。通过开展大尺度舱段模型的振动特性试验,验证阻振质量复合托板的有效性。结果表明:阻振质量复合托板显著降低了舱段中高频的振动及声辐射,非耐压壳体20～4 000 Hz频段振动加速度级平均降低3 dB以上。     

冷凝器冷却水通道声传递特性

为阐明冷凝器冷却水通道的声传递特性、提高循环水系统声学设计能力,将换热方程和一维平面波方程耦合,推导得到换热管内冷却水声传递矩阵,针对冷凝器几何结构建立总传递矩阵并求解得到其冷却水通道声传递损失。建立试验系统验证了冷凝器冷却水管路声传递损失计算结果。根据换热管双向流固耦合分析计算结果,管外蒸汽绕流对换热管内冷却水脉动压力的影响可以忽略,冷凝器进出口管内水声和管壁振动测试结果也表明,该系统内冷却水脉动和管壁振动耦合紧密,管内流体脉动是管壁振动的主要激励源。研究结果还表明,通过调整冷凝器冷却水通道结构参数可以调节冷却水声传递损失。     

高速车辆驾驶室内气流噪声的声-固耦合分析

应用软件Fluent的大涡模拟方法,对汽车模型的表面脉动压力进行数值模拟与分析,得到高速车辆的侧表面脉动压力.结果表明,大涡模拟脉动压力与试验结果较为吻合.在得到车外表面脉动压力之后,对车内气流噪声进行了分析.针对车内噪声的特点,选用间接边界元与结构有限元耦合求解的方法.计算在声-振分析软件SYSNOISE中进行.     

声振耦合声场分析与结构隔振降噪

以实测某鼓风机组管路振动载荷为激励源,应用ANSYS有限元软件和Virtual Lab声场模拟软件模拟楼板振动所产生的室内声场和声场在不同频率下的声振强弱耦合状态。模拟结果表明,声场在400 Hz以下的区域声振耦合不明显,400 Hz以上存在声振强耦合现象,声振强耦合模型的模拟结果与实测结果比较吻合。通过分析载荷谱和噪声频谱的频带特性,选用常见的阻尼隔振器和中间小质量块组成二级隔振系统,计算系统的振动传递系数,达到理想的隔振降噪效果。     

基于统计能量法的飞行器结构声振响应分析

基于统计能量分析(SEA)原理,对高超声速飞行器X-43A建立SEA模型,采用理论、经验公式及试验数据确定SEA模型的三个参数。将数值模拟计算结果与噪声试验值进行对比,结构声振响应的统计能量分析与试验结果趋势上较为一致,但低频段二者差异较大,高频段较为吻合;结构舱内响应噪声声压的计算值与试验测量值相比,不论在高频还是中低频,二者都较为一致,误差约3 dB,说明统计能量分析法对振动噪声环境预测是比较可靠的。     

舱段结构流固耦合声振特性的模态叠加法研究

圆柱壳加筋结构是水下航行器的主要组成部分,研究复杂柱壳结构的水下振动与声辐射特性具有十分重要的意义.本文以双层加筋圆柱壳舱段为研究对象,考虑舱段外和双层壳体内流体与结构的耦合作用,利用有限元法得到舱段结构的干模态,再利用直接边界元方法得到舱段结构的湿模态,采用模态叠加法研究舱段的流固耦合振动与声辐射特性.文中还比较了不同筋板结构形式和内外壳体内流体耦合作用前后舱段的声辐射特性,分析内外流场对舱段结构噪声辐射的影响规律.     

雨滴冲击下薄板结构声振特性研究

为了研究降雨冲击船体结构所产生的振动和噪声对舱室乘客舒适性的影响，开展降雨模型冲击薄板结构的声振特性研究。单雨滴冲击外部结构所致声振分析是降雨冲击下声振特性研究的基础，因此，以薄板结构为目标对象，建立单雨滴冲击和连续雨滴冲击的载荷模型，利用Comsol软件研究薄板结构在雨滴冲击下声振耦合特性，分析雨滴参数和结构特征对辐射声功率影响。研究发现：雨滴大小对结构的声振特性影响显著；结构刚度对结构在雨滴连续冲击下产生的声功率级响应分布有明显影响；雨滴作用下结构的加筋类型与是否加筋对其产生的振动声辐射有显著影响，且选取合适的结构加筋方式有利于降低结构的振动声辐射；不同材质的薄板结构在雨滴冲击下的辐射声功率略有差异。研究结果对于预测舱室结构在降雨作用下产生的声能大小和对噪声进行控制具有参考价值。