结构振动模态耦合对辐射声功率的影响

定量研究了结构振动模态耦合对辐射声功率的影响。首先利用结构振动模态的叠加性,基于辐射声功率的二次型表达式,将总的声功率分解为各个模态自身辐射的声功率和模态间的耦合对声功率的贡献两部分;然后引入声辐射模态,得到一般结构模态间的耦合对声功率贡献的通用数学表达式。研究结果表明:在中低频范围内,振动模态间的耦合对辐射声功率的影响由振动模态的幅度大小、振动模态间的相位差以及振动模态与低阶辐射模态向量的内积等因素决定;以矩形平板为例进行了分析,并讨论了模态耦合问题在结构声辐射有源控制中的应用,最后进行了计算机仿真实例分析和验证。     

基于模态振型形状优化的结构声辐射控制

针对复杂结构形状难以参数化的问题,建立基于有限元网格的参数化形状优化模型,提出一种基于模态振型的结构形状优化方法以控制结构声辐射功率。该方法通过有限元法计算结构的振动特性,然后采用瑞利积分进行结构的声辐射分析,在此基础上,用一组模态振型绝对值线性组合定义修改区域的形状优化函数,以每阶模态振型贡献因子为设计变量,通过改变模态振型贡献因子来优化结构的形状,达到降低结构声辐射功率的目的。研究简谐激励力下的结构声辐射优化,以结构声辐射分析频率带内的辐射声功率均值为设计目标,结构有限元结构坐标的最大变动值及模态频率为设计约束,利用序列二次规划算法进行优化求解。以几何平板和复杂曲面为数值算例,研究结果表明该方法可以有效控制结构声辐射。     

通过声辐射模态计算矩形薄板的模态辐射效率

模态辐射效率是评价振动结构声辐射能力的一项重要指标。结构振动引起的声辐射问题是声学中一个长期的研究课题。评价振动结构的声辐射能力的一项重要指标就是模态辐射效率。通过声辐射模态理论,推导了任意边界条件下矩形薄板模态辐射效率的计算方法,通过计算方法可以直接得到模态辐射效率的数值解,而不需要进行数值积分。最后,以四边简支、四边固定、对边简支和对边固定、三边固定和一边自由矩形板为例,进行数值计算和分析。通过与前人的计算结果比较,验证了方法的有效性。     

基于分层理论的层合板结构声辐射模态传感器设计

在低频时控制振动板结构的声辐射模态幅值是降低结构辐射声功率的一种有效策略。提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量复合材料层合板结构声辐射模态幅值。通过聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)传感器阵列输出信号设计加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为所需结构声辐射模态幅值。加权系数取决于复合材料层合板结构振动模态表达式。由于复合材料层合板结构复杂动力学特性,通过分层理论结合有限元法得到离散结构模态值,并对有限元离散结构模态进行最小二乘法的曲线拟合,从而得到层合板结构振动模态表达式。数值结果表明该方法计算层合板结构模态以及PVDF声辐射模态传感器设计是可行的。对试验数据进行分析比较。     

近场结构声辐射模态分析

为减小由瑞利积分计算结构声辐射功率的复杂性及结构振动模态声辐射耦合对辐射效率的影响,提出以有限离散思想为基础的结构近场声辐射模态分析方法,该方法对结构辐射表面进行离散化,利用叠加原理建立近场声辐射模态模型和辐射声功率的计算公式。以简支板为例,利用有限元和边界元法对近场结构声辐射进行仿真分析,计算了结构声辐射模态,辐射效率,声功率及场点声压等声场特性参数,并讨论了不同力作用位置对结构声辐射的影响,得到了简支板结构在简谐激励力作用下的近场声辐射特性。该分析对复杂结构声的近场声辐射仿真计算和主动控制有重要指导意义。     

基于声辐射模态有源控制的误差传感器设计方法

为了获取有源结构声学控制系统中的误差信息,提出一种基于声辐射模态的误差传感策略来测量振动结构前几阶声辐射模态伴随系数.在低频时,控制前几阶声辐射模态伴随系数可以有效控制总声功率.通过在振动平板上测量少数点的振动速度分布,求解声辐射模态展开构成的欠定方程组,得到前N阶声辐射模态伴随系数近似值,以此近似值作为基于声辐射模态有源控制策略对应的误差传感器信号.以四边位移为零的振动板为例,对上述误差传感策略进行分析讨论.仿真和试验结果都表明误差传感策略是可行的,所获得的前N阶声辐射模态伴随系数具有较高的精度.     

结构声辐射有源控制的模态可控性和可观性研究

指出声辐射的结构有源控制方式（ASAC）将突出控制系统的模态可控性和可观性问题,此问题的解决与否是ASAC方式能否实用化的关键,就结构声辐射前馈有源控制的模态可控性和可观性得出了具体判据,有关结论对传感器,致动器布置及控制器设计有重要的指导意义。     

基于声辐射模态的振动体积速度测量

在低频时,控制振动结构体积速度可以有效控制总声功率.体积速度与第一阶声辐射模态伴随系数近似成正比.通过在振动平板上测量少数点振动速度分布,求解得振动结构第一阶声辐射模态伴随系数近似值,从而获得体积速度,这就形成了一种基于声辐射模态的速度误差传感策略.增加测量点数,并不影响控制器的输入,控制系统实时性能够得到保证,重要的是这种误差传感策略适用任意边界条件的振动结构.以工程常见的四边位移为0的振动板为例,数值计算和实验结果分析表明,利用这种误差传感策略获取体积速度是可行的.     

通过压电式传感器阵列测量简支梁的声辐射模态

采用一组PVDF(polyvinylidence fluioride)阵列测量了简支梁声辐射模态,在简支梁表面粘贴一组相同形状的矩形PVDF薄膜作为传感器,通过设计这组PVDF输出的加权系数,得到各阶声辐射模态的幅值。研究表明,PVDF的加权系数与辐射体表面上的外激励力无关;实验结果表明,这种声辐射模态传感器的设计是可行的。     

压缩机机体声辐射的模态特性研究

采用有限元和边界元方法建立了轻流体介质中复杂结构振动声辐射的模态分析模型,可计算结构的声辐射模态频率、模态场点声压、模态辐射声功率和声辐射效率等声场特性参数。对K5206NM压缩机机体进行了模态分析和声辐射模态参数计算,获得了机体的声辐射特性,从而为机体的低噪声设计提供了依据。     

核函数主元分析及其在齿轮故障诊断中的应用

提出了基于核函数主元分析的齿轮故障诊断方法。该方法通过计算齿轮振动信号原始特征空间的内积核函数来实现原始特征空间到高维特征空间的非线性映射。通过对高维特征数据作主元分析,得到原始特征的非线性主元,以所选的非线性主元作为特征子空间对齿轮工作状态进行分类识别。用齿轮在正常状态、裂纹状态和断齿状态下的试验数据对该方法进行了检验,比较了主元分析与核函数主元分析的分类效果。结果表明,核函数主元分析能有效的检测裂纹故障的出现,正确区分不同的故障模式,更适于提取故障信号的非线性特征。     

改进的链码特征识别方法及在抽油系统阻尼系数辨识中的应用

针对现有的Freeman八方向链码码间距过大、采样必须为方格采样、编码过程需要人工干预的不足,提出一种新的链码方法,并利用该方法将封闭曲线链码化。根据封闭曲线的周期性,将其参数方程展成傅里叶级数,导出傅里叶系数与曲线链码之间的关系式。利用傅里叶系数计算封闭曲线的形状特征,建立以形状特征为参数的欧氏距离。通过改变抽油系统仿真程序中的粘滞阻尼系数和库仑摩擦因数,获得不同形状的仿真地面功图曲线。建立实测与仿真地面功图曲线形状特征间的欧氏距离,以该距离为优化目标函数,寻优得到使目标函数值满足给定误差的仿真功图曲线,该功图对应的一组阻尼系数和摩擦因数即为相应抽油系统的粘滞阻尼系数和库仑摩擦因数。以4口实测油井为例进行系统阻尼系数的辨识研究,结果表明了所提方法的正确性和有效性。