外域声场计算中的无限元方法

针对外域声场计算问题,基于有限元-无限元耦合方法,探讨无限元单元类型、单元大小等要素对声辐射与声散射问题的计算结果的影响。结果表明：有限元-无限元耦合方法对于声辐射和声散射问题的求解准确可行。由算例可知,当无限单元为二次单元时,其单元大小等于1/3波长时即可获得较为精确的声场计算结果。     

复合材料层合板低频声辐射优化

为使复合材料层合板低频声辐射性能最优,根据无限域声场的特点,介绍将有限元与无限元耦合进行声辐射性能分析的理论和方法,采用2个算例验证该方法的有效性.将有限元软件Abaqus与数值优化软件Isight相结合完成复合材料铺层角的优化,并提出逐层优化的思路.以含有8层单层板和1层阻尼芯层的复合材料层合板为研究对象,以铺层角为设计变量,采用逐层优化方法(layer-wise optimization method,LOM)优化层合板的声学性能,并分析阻尼芯层对层合板声辐射的影响.结果表明:合理的铺层角可以提高复合材料层合板的1阶固有频率,达到减少声辐射谱峰数量和降低辐射声功率的效果;增加阻尼芯层可以抑制声辐射谱峰,有利于提高层合板的低频声辐射性能.     

尺寸和发射频率对换能器声场影响仿真分析

在实际探伤过程的研究中,超声换能器的尺寸和发射频率,对辐射声场分布及指向性特征直接影响探伤效果,正确选择换能器具有重要意义.为了正确进行探伤并保证效果,对尺寸及发射频率对换能器辐射声场的影响进行分析.对超声波声场进行仿真的难点在于数学模型的建立,以往给出的数学模型有很多缺陷,无法给出整个换能器辐射声场的解析表达式.采用的高斯声束模型克服了以往方法的缺陷,能够以简单的解析表达式描述整个换能器辐射声场,并在Matlab中仿真了不同尺寸和不同发射频率的圆形活塞换能器的辐射声场,可正确地分析尺寸及发射频率,为换能器辐射声场的设计提供依据.     

静水压与阻尼覆盖层对圆柱壳声辐射的影响

基于有限元和边界元法,对水下结构的耦合振动和声辐射进行了数值计算。首先利用ANSYS软件建立声振模型,并计算流固耦合振动;再利用SYSNOISE软件计算辐射声场,分析了水深及阻尼材料对加肋圆柱壳水下振动和声敷设的影响。结果表明：研究圆柱壳的水下声辐射时必须考虑静水压力的作用,阻尼材料能够有效降低结构的振动及声辐射。为实艇降噪治理方案的设计及效果预估提供参考。     

水下结构声辐射问题之计算机仿真

该文采用混合有限元／边界元法计算水下结构物声辐射问题。为有限元软件包Nastran开发的Fortran代码用于计算外域流体的附加质量和附加阻尼,DMAP实现：Fortran代码与Nastran的结合,成功实现了应用现有有限元软件计算无界流域种结构辐射噪声的问题。采用Patran前后处理软件实现了对水下结构响应及其辐射声场的仿真。     

声透镜聚焦相控阵换能器的波束特性研究

聚焦声透镜可以使平面换能器获得与球面自聚焦换能器几乎一样的聚焦效果,但对于平面阵列换能器而言,能否利用聚焦声透镜来增强相控聚焦的效果尚待研究。首先基于声透镜聚焦阵列换能器的几何结构,并利用数值计算和有限元仿真的方法,获得了相控条件下声透镜聚焦阵列换能器的辐射声场。其次,利用FPGA相控发射系统激励32(8×4)阵元声透镜聚焦阵列换能器,并采用探针水听器扫描法,获得了各偏转条件下换能器的相控辐射声场,测试结果与仿真计算的结果基本一致。理论计算与实验结果都表明,利用聚焦声透镜可以使平面阵列换能器获得较好的聚焦波束,在一定范围内主瓣可有效偏转、旁瓣较小;但超出该范围则会出现旁瓣变强、散焦等问题。从加工工艺、制造成本方面考虑,声透镜聚焦阵列换能器可以用于小范围内的无损检测,以及人体的局部超声治疗。     

多元高斯声束模型相控阵超声传感器声场仿真

由于高斯函数积分的简单性,利用扩展多元高斯声束模型对矩形相控线阵超声传感器偏转聚焦时的辐射声场进行了理论计算,并在一种介质中与更精确的瑞利积分进行了分析和对比,在偏转角度不是很大的情况下,计算结果非常符合。利用该方法计算了传感器安装在契块上时固体试件中的声场分布,并在入射角大于10°(折射角大于20°)时,对结果进行了修正,使声场计算的偏转范围增大,进一步丰富了高斯叠加方法的适用范围。     

水下结构覆盖粘弹性材料降噪的复矢径法研究

采用改进的基于声压测量的复矢径虚源法,研究典型结构水下辐射声场及其粘贴粘弹性材料的降噪特性.采用SYSNOISE边界元软件获取测量面声压,脉动球声辐射验证软件计算的准确性,而单点激励球壳声辐射验证复矢径法的有效性.研究结果表明:结合声阻抗传递和界面耦合理论,通过优化单点激励圆柱壳内部双球虚源的复矢径缩比与位置,可进一步提高其声场计算精度,复矢径法在工程上比传统虚源叠加法更具操作性和实用性.     

基于声波叠加法的基阵声场计算和波束合成

水声换能器基阵的辐射声场计算,特别是辐射波束合成对于水下声系统设计十分重要,一直是水声领域研究的热点问题.现有的方法,如边界积分法不仅计算量很大,而且在特征频率处存在解的不唯一性和奇异性等缺点.而声波叠加法由于积分运算在辐射体内部完成,从而避免了边界积分法的缺点.文中基于声波叠加法建立了水声换能器基阵声辐射计算和波束合成的数学模型,推导出基阵辐射声场的声波叠加法计算公式,以及基阵辐射波束合成时阵元法向振速的求解公式,并给出了求解的两种方法--最小二乘法(LS)和奇异值分解法(SVD).针对安装在硬质半球表面的14元圆弧阵进行了计算机仿真实验以及水池实验,实验结果验证了所建模型的正确性.因此,该模型可用于实际水声系统的设计和性能预估.     

高速列车车厢结构声-振耦合响应数值分析

为研究高速列车运行时结构表面产生的强声压对乘坐环境和结构破坏的影响,针对某型高速列车建立车厢声-振耦合有限元模型,研究车厢的结构模态、室内声场模态及结构-声场耦合系统模态;针对其所处特殊动态环境,计算耦合系统谐响应,考察其振动特点及室内噪声分布情况.计算结果表明,车厢结构低阶模态显示出良好的整体性,在较高频段内以局部模...     

基于Abaqus和Isight的水下壳体声散射优化

针对水下椭圆壳的声散射优化问题，以壳体声散射强度最小为优化目标，以截面特征参数为设计变量建立模型。采用有限元与无限元耦合的混合优化方法，利用Python和Abaqus二次开发求解远场声散射强度，并结合Isight对水下壳体声散射进行优化。根据优化结果改进椭圆壳截面几何参数，可有效降低其声散射强度。     

舰船水下声场边界元法建模与计算机模拟

根据舰船声场的特性,将舰船水下声场简化为一特殊的半自由空间声辐射问题,利用边界元法(BEM)建立了舰船水下声场的数值计算模型。通过对声场边界条件的计算机仿真和计算,获得了部分计算结果。结果表明:由所建模型计算的舰船辐射声场与真实海域中的实测规律基本吻合,该文提出的方法是有效可行的。最后对存在的问题进行了讨论。     

某民用直升机舱内噪声水平仿真分析研究

声学仿真分析是进行直升机舱内降噪设计的有效技术手段,良好的降噪设计有利于提升民用直升机的市场竞争力。结合试验数据和统计能量法分析了某民用直升机的舱内噪声源贡献度,进而采用声学边界元法分析了该型机的舱内噪声水平。研究表明,该型机舱内主要噪声源为：主减振动、发动机振动、主减空间辐射声、发动机空间辐射声和油箱舱空间辐射声,在无内饰状态下人耳敏感频率范围内的舱内场点噪声为129 dB,蒙皮、整流罩和挡板是影响舱内噪声水平的关键结构,在考虑内饰材料后,场点噪声最大可下降5 dB。该分析思路可以为直升机舱内降噪设计提供技术支持。     

动车组司机室空调蒸发器气动噪声数值仿真

为研究动车组司机室空调蒸发器的噪声响应，建立某型司机室分体式空调蒸发器的计算流体动力学模型，采用FLUENT中的大涡模拟（large eddy simulation, LES）计算瞬态气动流场。对瞬态流场数据进行傅里叶变换，得到空气流场的频域数据。基于流场频域数据，采用Virtual.Lab的边界元法计算蒸发器的气动噪声，采用声压法计算蒸发器的辐射声功率，并与测试结果进行对比分析。结果表明：蒸发器出口位置气动噪声最高，最大声压级高于56 dB；最大声功率级出现在125~400 Hz的低频段；声功率级随着频率的增加逐渐降低，但在5 000 Hz的高频辐射中声功率级仍然超过55 dB，这表明空调蒸发器气动噪声属于宽频噪声；计算结果与测试结果吻合良好，验证声压法计算空调蒸发器气动声功率可行。     

用刚性表面球形传声器阵列重构入射波声场与识别定位声源

刚性表面球形传声器阵列是测量三维声场常用的前端,由于刚性球面对入射波声场有散射影响,直接测量值不是原入射波声场的声压值,因而不能使用在自由声场条件下建立的声场模型和近场声全息方法来重构入射波声场.通过刚性球体表面声波散射的数学模型,建立起入射波声压与发生散射后总声压之间的关系,进而通过刚性表面球形传声器阵列测量声压,计算入射波声场分布,并进行声源识别定位.通过仿真与实验,检验了球面入射波遇到刚性表面球体发生散射后,球体表面处声压分布的变化.由球面近场声全息方法,重构球形阵列表面及外部空间的入射波声场,检验了波数、重构距离参数变化对声场重构精度的影响.结果表明:采用刚性表面球形传声器阵列测得的声场总声压,运用根据声波散射模型建立的球面近场声全息方法,可以以一定的精度重构出入射波声场的三维空间分布.     

基于抛物方程法的矢量场分析与仿真

研究海底声纳系统优化识别问题,海洋环境中的声传播是水声学研究领域中的一个经典问题.传统研究只关心声压场而不能实现振速和声压的联合处理,而且对低频声矢量场的研究也比较少.为了提高声纳系统性能,通过尤拉方程给出声矢量场的计算模型,采用抛物方程方法对声场声压进行计算,再利用差分法对声场振速等矢量场参数进行数值求解,并分析了具有弹性海底的浅海波导中的声矢量场.仿真结果表明,采用抛物方程法能够快速准确的计算海洋环境中的声矢量场,并实现振速和声压的联合处理,适用于声矢量场的快速预报,为提高声纳系统性能提供了依据.     

基于SQL Server和Abaqus的关节轴承数据查询与性能分析系统

该系统的研制是为方便轴承使用人员对关节轴承进行选型、数据查询和受力变形分析。简述了系统的功能特点、功能模块划分和包括关节轴承数据库的建立、多种查询方式界面的设计和通过脚本接口实现与Abaqus有限元软件集成的系统研制过程。该系统基于Visual Studio+SQL Server+Abaqus平台开发,可以实现关节轴承数据多方式查询,以及经简单的参数数据输入从而获取基于Abaqus有限元仿真分析后的关节轴承的应力分布和位移分布图。该系统具有极高的实用性,可推广运用到其他机械领域的研究开发。     

A coupled EFGM–CIE method for acoustic radiation

This paper presents the coupling of an element-free Galerkin method (EFGM) with a modified conjugated infinite element (CIE) for acoustic radiation problems in infinite domains. This method is based on using the element-free Galerkin method (EFGM) in the inner region and a modified conjugated infinite element (CIE) approach in the outer region. The aim of this formulation is to accurately simulate the acoustic radiation in the medium frequency range with a reasonable CPU time. The present formulation is developed for two dimensions but can be generalized in 3D. The easy applicability of this coupling scheme is demonstrated by investigation of the acoustic field around an infinite cylinder. Comparisons between computed results and those obtained from classical CIE approach illustrate the effectiveness of the new method.