用于轮胎振动分析的壳模型优化研究

虽然现有壳模型在0~500 Hz频带内精度高,适合用于轮胎结构振动分析,但由于模型中耦合了胎侧二维壳模型,导致胎冠振动模态难以分离,且模型自由度和所需输入参数增加。本文对该壳模型进行改进:在保持胎冠壳模型不变的基础上,应用轮胎环模型和板模型中对胎侧的近似方法,采用弹性基底代替胎侧二维壳模型,简化了原模型的边界条件并缩减了输入参数个数;针对改进后的壳模型建立了求解方法,实现了胎冠模态频率和振型的求解。并通过与实验数据的对比,验证了改进后的壳模型及其求解方法的正确性。

基于共同稀疏贝叶斯学习的多频等效源近场声全息方法

现有基于压缩感知的等效源近场声全息方法通常采用基于单频处理的单测量向量模型进行声场重建,此模型存在噪声鲁棒性较差以及重建精度不足的问题。实际中噪声源往往具有宽频特征,同一位置处不同频率的等效源源强聚集从而呈现共同稀疏特性,若充分利用源强的共同稀疏特性,可以改善重建性能。因此,提出一种基于共同稀疏贝叶斯学习的多频等效源近场声全息方法。在该方法中,首先采用多频协同处理,构建多频等效源近场声全息模型;然后为等效源源强施加共同稀疏约束,并使用共同稀疏贝叶斯学习方法求解等效源源强。与单频等效源近场声全息方法相比,所提方法可以获得更高的重建精度和更好的噪声鲁棒性。通过单极子声源仿真和小音箱试验验证了所提方法的优越性。

三维自由空间中指向性信息未知偶极声源的等效源识别方法

偶极声源的指向性是影响声源识别结果的关键因素。目前,偶极声源的识别方法通常是基于声源的指向性信息先验假设,然而在实际偶极声源识别中,很难事先获得声源的指向性信息;此外,声源分布在二维平面上的假设通常不适用于实际的气动系统。为了准确识别指向性信息未知的偶极声源,并获得声源的三维成像结果,提出了一种基于加权迭代L1最小化算法的等效源方法。该方法将声源指向矢量作为未知参数,从测量声压与等效源源强的传递函数中分离出来,并通过加权迭代L1最小化算法将声源指向矢量与等效源源强一起求解出来,进而利用这些求解获得的声源信息进一步预测声场。与以往的偶极声源识别方法不同,该方法可以实现指向性信息未知偶极声源的三维成像。指向性信息未知偶极声源的三组仿真案例和自制类偶极声源的实验研究验证了该方法的有效性和鲁棒性。

分布源边界点法在声场全息重建和预测中的应用

提出了以分布源边界点法作为声场的全息变换算法,建立了基于分布源边界点法的声全息重建和预测的数学模型。与基于边界元法的声全息重建和预测模型相比,此法避开了变量插值、数值计算和奇异积分的处理,具有计算速度快、计算精度高、计算稳定性好和简单易懂等优点,因此在工程实践中有着广泛的应用前景。

失谐整体叶盘多模态振动抑制的吸振器阵列方法

整体叶盘是新一代高性能航空发动机的关键部件,具有结构紧凑、重量轻和推重比高等优点,但也存在结构阻尼低、模态密度高和随机失谐问题,导致其通过共振区域时振幅大,显著影响整体叶盘结构的可靠性和疲劳寿命.为有效抑制失谐整体叶盘的多模态振动,提出一种由一系列吸振器环状布置而成的吸振器阵列减振方法,通过设置多组匹配不同模态的吸振器,实现对多模态共振峰值的抑制.为揭示吸振器阵列方法的多模态减振机理,采用具有代表性的集中参数模型构建整体叶盘−吸振器阵列系统的动力学分析模型,结合解析形式的功率流分析方法,分析吸振器质量、频率调谐精度、阻尼水平以及吸振器个数等关键参数对吸振器阵列减振性能的影响.搭建了吸振器阵列方法验证实验台,并通过实验验证了吸振器阵列方法的效果.分析结果表明:吸振器阵列方法能够有效控制叶片主导与叶片−轮盘耦合型模态,能够以较小的质量实现对谐调与失谐整体叶盘多模态共振的高效抑制,减振性能的鲁棒性较好.

基于双面质点振速测量的声场分离技术

现有的声场分离技术或是基于双面声压测量或是基于单面声压和质点振速测量。本文以二维空间傅里叶变换法作为声场分离算法,提出一种基于双面质点振速测量的声场分离技术。论文首先推导出了该方法的理论模型,随后通过仿真研究验证了该方法的有效性,并通过与基于双面声压测量的声场分离方法的比较说明了其优越性。结果表明:采用基于双面质点振速测量的声场分离方法可以有效实现声场分离;基于双面质点振速测量的声场分离方法可以获得更高的质点振速分离精度,而基于双面声压测量的声场分离方法可以获得更高的声压分离精度。

采用球面波叠加法还原自由声场的方法

为解决非自由声场中近场声全息重建时,干扰声在目标声源表面产生的散射影响,提出一种基于球面波叠加法的自由场还原技术。该技术首先采用基于球面波叠加法的声场分离技术获得向内和向外传播的声场,然后以目标声源的表面导纳作为边界条件,实现目标声源辐射声和散射声的分离,从而获得等效于自由声场的测量条件。该技术为准确实现非自由声场中的噪声源识别创造了条件。文中首先详细描述了该技术的基本原理,并提出一种最优球面波展开项数选取方法,最后通过数值仿真说明了该技术的有效性。结果表明:在频率较低时,散射声影响较小,采用声场分离技术和自由场还原技术效果相当;但随着频率升高,散射声影响逐步增强,必须采用自由场还原技术才能准确获得目标声源辐射声。

半自由声场的全息重建和预测技术研究

在半自由声场中,实际测量声压为直达声压和反射声压的叠加,而声压为标量,很难直接将其中直达声压成分分离出来,因而不能简单地用常规的方法来直接进行声源重建和声场预测。在充分地考虑到反射声压的情况下,建立了半自由声场环境下反射面为刚性和非刚性时的声场全息重建和预测理论模型,并通过实例验证了此模型的可行性和正确性。结果表明:此方法有效地解决了半自由声场中进行声场全息重建和预测时所存在的声压反射问题,从而扩充了声全息重建和预测技术的应用范围;采用分布源边界点法作为全息变换算法,提高了声全息重建和预测的速度、精度和稳定性。

双面Patch近场声全息实验研究

文章将声场分离技术和Patch NAH技术结合起来,提出一种双面Patch NAH技术。该技术首先采用基于空间Fourier变换的双面声场分离技术清除全息面背向声源的干扰,再采用基于波数域外推的PatchNAH技术进行声源局部重建。由于综合了声场分离和Patch NAH的优点,所提出的双面Patch NAH技术可以用于内部声场重建。实验结果验证了所提出技术的有效性。

基于分布源边界点法的近场声全息实验研究

采用基于分布源边界点法的近场声全息技术对运转状态下的罗茨真空泵进行了噪声源识别和定位研究。实验采用13个声压传感器组成的传声器阵列和1个参考传声器测量全息面上的复声压信息，进而通过基于分布源边界点法的近场声全息技术和Tikhonov正则化方法重建获得声源的表面法向振速。重建结果表明：在测量信号中存在的2个低频噪声是支架在真空泵振动的激励作用下产生共振所致，而非真空泵本身所固有的噪声；而1533．2～1699．2Hz的宽带噪声则是真空泵端盖表面振动所产生，是真空泵所固有的噪声。同时，重建结果给出了各频率处噪声源的具体位置，为有效地进行真空泵的噪声控制提供了依据。

扫描声强法声源声功率测量通用数学模型

建立了声源声功率测量的通用数学模型。以半球测量面和平行六面体测量面为例 ,应用通用模型建立了两种情况下的声功率误差分析模型。验证了通过扫描路径近似所测得的声功率能够很好地反映声源的实际声功率。当人工执行扫描测量 ,实际扫描路径存在一定的偏移时 ,只要扫描偏移值在一定的容差范围内 ,所测得的声源声功率仍然能够取得较好的结果。

方波扫描路径确定声源声功率误差特性分析

改进了矩形测量面方波扫描路径测量声功率的误差模型 ,以单极子、偶极子及四极子声源为例 ,给出了扫描方向、测量面离声源的距离及扫描线的密度的选取对理论误差的分布图形。分析结果表明 :对选定的测量面 ,在扫描线密度小的情况下 ,通过调整声源离测量面的距离 ,可以在声源近处找到一个最优点或较优点 ,使理论误差为零或很小 ;在绝大多数情况下 ,沿测量面长边扫描误差比沿短边扫描小。

扫描面几何特征对扫描声强法确定声功率误差的影响

给出了扫描线密度的定义 ,用改进的矩形测量面方波扫描路径测量声功率的计算模型 ,建立了测量面的几何特征与误差之间的函数关系。分析结果表明 :通过增加扫描垂直线条数、测量面上平行于扫描方向的边的长度或减小垂直于扫描方向的边的长度 ,都可以减小误差 ;对于正方形测量面 ,可以通过增加扫描垂直线条数 。

声强传感器特性对扫描声强法确定声源声功率的影响

文中以典型的矩形测量面方波扫描路径为例 ,分析了扫描声强法测量声源声功率时双传声器互谱声强传感器的有限差分近似误差、近场效应误差、相位不匹配误差与声源频率、测量面离声源的距离以及声强传感器两传声器间的间隔之间的关系。结果表明根据声源频率合理地选取参数可以减小声强传感器所带来的误差 ,从而为保证扫描声强法测量声源声功率测量准确度提供了依据。

基于等效源法的平面近场声全息及其实验研究

目前的平面声源全息重建与预测的主要方法是基于FFT的近场声全息技术,但是该方法存在卷绕误差、边缘重建误差等很多固有的影响重建精度的因素,有时甚至会导致重建结果严重失真。本文提出将等效源法应用于平面声源的全息算法,由于该方法不涉及到波数域空间变换,所以避免了卷绕误差和边缘重建误差,简化了计算过程,有利于工程实际推广。文中首先从理论上推导出了等效源法用于平面声源的理论模型,并以点激励固支板的声辐射实验,验证了该方法的正确性和有效性.

双全息面声场分离技术的实验研究

研制出一套多通道的声全息测量与分析系统,将其应用于对双全息面声场分离技术的验证。在对该技术进行误差分析的基础上,给出了相应的提高分离声场精度办法。利用研制的全息系统对存在背景干扰的目标声源进行双全息面测量和分析,实验结果表明:双全息面分离声场技术能够有效地抑制背景声源对全息重建结果的影响,从而可以正确地重建声场和识别噪声源。

声全息技术的研究现状与展望

简单地回顾了全息术的基本原理,全息术的应用范围及发展历史。对声全息技术进行了分类,并对各类声全息技术的特点进行了评述,就近场声全息技术(NAH)中常用的各类重建计算方法及适用范围、声全息数据的各类采集方法、特点及声全息成像的分辨率、各类声场全息图像的表达方法等问题的研究现状进行了详尽的分析,并重点分析了基于声压测量的近场声全息技术和基于声强测量的近场声全息技术(BAHIM)的研究现状,从而指出了这两种近场声全息技术有待进一步深入研究的问题,并对NAH及BAHIM技术发展前景进行了展望。

双传声器声强测量系统误差分析与不确定度评定

双传声器互谱声强测量法适用于现场测量机器的声功率和进行声源识别。为了提高测量精度 ,需要分析影响测量精度的各种因素 ,确定被测量值的估计值和分散性。从双传声器互谱法测量声强的原理及测量系统的配置出发 ,分析讨论了互谱声强测量中误差产生的原因及其影响声强测量精度的主要因素 ;对声强测量系统测量声强量值的不确定度进行了评估 ,并对评定结果进行了实验验证 ,评定结果与实际检测结果相符 ;

振动体声学灵敏度分析的边界元法

振动结构关于设计变量的声学灵敏度分析可以为机械系统的低噪声设计提供量化依据,为结构的优化设计提供方向。采用边界元法,推导了辐射声压关于频率、表面振速等设计变量的声学灵敏度公式。在对系数矩阵求导时,没有采用传统的有限差分法,而是直接求导,并利用不连续单元替换点法处理边界元法中的奇异积分问题。将数值解与理论值比较,证明了计算公式的准确性和有效性。该灵敏度计算方法为机械系统的低噪声设计打下了基础。

统计最优近场声全息重建精度和计算速度优化方法

分析了统计最优近场声全息(Statistically optimized nearfield acousticholography,简称SONAH)的重建过程发现采用SONAH重建噪声源表面法向振速时误差较大的原因在于正则化参数选取较小。在此基础上提出一种单元平面波优化选择方法,该方法保留了单元平面波中的全部传播波和部分倏逝波,去除了一些较高波数的倏逝波成分,保证了重建过程中正则化参数的准确选取。另外,采用单元平面波优化选择方法还可以降低SONAH中传递矩阵的阶数,从而解决SONAH的计算速度随着测量点数目的增加急剧变慢的问题。通过数值仿真和实验对所提出的单元平面波优化选择方法的有效性进行了验证,结果表明采用该方法后SONAH的计算速度和法向振速的重建精度都得到了较大提高。