基于统计波叠加法的流激平板声辐射数值算法研究

结构流激噪声是一个多场耦合的复杂问题,以平板流激噪声为例,提出一种预报流激结构噪声的统计波叠加方法,该方法首先利用有限元耦合波叠加方法获取系统传递函数矩阵,并参考随机声振理论半经验公式构建湍流脉动压力激励谱矩阵以获得流激噪声。该研究给出了预报平板流激噪声的详细流程,通过与统计有限元法以及统计边界元法等传统理论计算结果进行比对,指出了该算法的准确性和高效性,最后给出了影响统计波叠加法计算精度的关键参数。该研究成果为结构振动噪声控制提供了预报方法和技术支撑。

敷设声学覆盖层平板流激声辐射研究

声学覆盖层被广泛应用于水下航行器降噪设计,但对其流激声辐射研究相对较少。本文首先利用非相关平面波合成湍流脉动压力,并结合振声有限元模块建立流激声辐射数值算法,以水下四边简支平板流激辐射噪声为例与解析解进行对比验证;然后以三维弹性理论解析解为基础,建立敷设声学覆盖层平板辐射噪声有限元模型。最后,探讨敷设声学覆盖层平板流激声辐射产生机理以及影响覆盖层降噪性能的关键参数,为水下结构声隐身提供技术支持。

基于传递矩阵法的声学覆盖层透射系数预报研究

针对含周期单元声学覆盖层的透射系数计算方法展开研究,提出一种数值加解析的联合方法用于改善计算效率,首先以声阻抗管三水听器双负载法测试原理为基础,建立有限元模型并获取覆盖层的等效传递矩阵,结合多层均匀介质声透射解析理论计算覆盖层透射系数。为验证算法的准确性,将有限元直接计算结果与该算法计算结果对比,结果显示采用该算法在大部分频率范围内能准确预报透射系数。该方法可为有效优化声学覆盖层降噪性能提供理论支撑与方法指导。

应用传递矩阵法求解非均匀声学覆盖层吸声系数

针对含周期单元声学覆盖层的吸声系数计算方法展开研究,提出一种数值加解析的联合方法用于改善计算分析效率。首先,以声阻抗管三水听器双负载法测试原理为基础,建立声管有限元模型并获取覆盖层的等效传递矩阵,结合多层均匀介质声吸收解析理论计算覆盖层吸声系数。为验证算法的准确性,将有限元直接计算结果与数值加解析计算结果对比,结果显示本文算法在大部分频率范围内能准确预报吸声系数,并详细分析了计算误差的产生原因。该方法为有效提高声学覆盖层降噪性能优化提供理论支撑与方法指导。

水下平板流激声辐射快速预报方法研究

该研究旨在提出一种计算流激噪声的数值预报方法,以非相关平面波叠加理论为基础合成湍流脉动压力谱,将随机问题转化为一组确定性问题,并结合有限元声振耦合模块计算流激结构振动声辐射。根据该算法的详细流程,通过与流激平板解析解对比验证了该算法的正确性。从波数滤波机理出发,给出了波数域截断的准则,并分析了波数分辨率、平面波组数、有限元网格密度等重点参数对计算精度的影响,最后通过对比计算时间指出本文算法较传统有限元法有明显优势。该算法为快速预报水下结构流激噪声提供技术支撑。

基于最小化模态能量的改进结构振动响应主动配置方法

本文提出一种利用多输入反馈控制同时配置结构系统特征值和特征向量的振动主动配置新算法,可针对指定的特征值与特征向量进行主动配置以减少结构振动响应。首先,通过奇异值分解找到可实现特征向量的子空间;其次,通过最小化模态能量来选择最优特征向量;然后基于提出的算法来实现振动控制的最优特征向量和期望特征值配置;最后,通过几个数值算例验证该算法的有效性和准确性。

基于三阶剪切形变理论的复合层合矩形板水下声辐射研究

以简化的三阶剪切形变理论为基础,由虚功原理建立了较厚复合层合矩形板水下振动与声辐射方程,通过Rayleigh-Ritz法求解系统方程。为了验证所给方法的正确性将计算结果与有限元法计算结果进行对比,并将三阶剪切形变理论(TSDT)所得声辐射解与一阶剪切形变理论(FSDT)计算结果进行对比,指出前者在计算复合层合板声辐射上的优势。最后通过改变杨氏模量,剪切模量,铺层厚度,纤维铺设角等参数,指出影响复合层合板声辐射的主要因素和分频段变化规律,可为水下典型结构声辐射预报和噪声控制提供参考。

黏弹性阻尼夹芯板水下声辐射数值计算

通过变分法建立含黏弹性阻尼层复合夹芯板水下振动与声辐射模型,系统位移场采用离散层理论描述,并通过层间位移以及剪切应力连续性建立传递矩阵关系,使得系统运动方程仅与底板位移分量有关,以降低方程维数,提高计算效率。系统运动方程用Rayleigh-Ritz法求解。为验证所给方法的正确性,将计算结果与经典参考文献的计算结果进行对比。通过分析材料参数和几何参数,给出了影响夹芯板声辐射的主要因素,为水下结构噪声被动控制提供参考。

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。

含非均匀介质覆盖层吸声特性研究

针对含周期变截面圆锥空腔声学覆盖层声吸收问题,利用分层近似的方法,首先将变截面圆锥空腔分为多个薄层,每一薄层都可以视为圆柱空腔结构,然后利用传递矩阵计算吸声系数,最后通过与有限元软件计算结果对比,验证该方法的正确性。此外还分析了覆盖层材料参数、结构背衬,平面波入射角度和空腔形状等因素对吸声系数的影响,为设计高吸声系数声学覆盖层提供参考。

含空腔声学覆盖层等效参数理论与吸声机理研究

针对含水平周期圆柱空腔的声学覆盖层声吸收问题,在弹性波声传播理论的基础上,以准静态极限理论为前提,获取含空腔覆盖层均匀等效参数,进一步利用传递函数法得到吸声系数表达式。通过与有限元数值计算结果对比,验证了算法的正确性。重点从圆柱空腔单极子共振出发阐述覆盖层的声吸收机理,并从吸声曲线、覆盖层位移图等多角度展示主要参数对吸声性能的影响规律,可为低频高吸收声学覆盖层设计提供指导。

湍流激励下功能梯度材料声传递性能研究

以非均匀且各向异性的功能梯度涂覆层为研究对象,将功能梯度涂覆层分为有限层结构并考虑各层材料均匀且各向同性,建立功能梯度涂覆层-背衬板有限层结构振动的数学模型,提出功能梯度涂覆层的水动力噪声预报方法。将该方法应用于均匀涂覆层,通过与参考文献计算结果进行比较,验证其正确性。对功能梯度涂覆层的水动力噪声进行进一步预报,分析背衬板厚度、功能梯度涂覆层厚度和材料参数分布特征对水动力噪声降噪的影响,为中高航速的低水动力噪声涂覆层设计以及舷侧声呐阵列水动力噪声控制提供方法。数值仿真结果表明,功能梯度涂覆层的传递函数曲线与参考文献的基本一致,该方法能够对水动力噪声进行有效预报;功能梯度涂覆层厚度越大或背衬板厚度越小,水动力噪声降噪量越大,且改变材料参数梯度可改变降噪量。

水下壳体结构低频辐射声功率预报方法研究

针对水下壳体结构低频辐射声功率预报问题,提出了在水下柱形结构中采用波数域单柱面声场分离技术与超声声强法相结合的方法。首先在非消声水池中获得柱形结构近场单全息面上的复声压和径向振速,通过单柱面声场分离技术获得向外传播的声波;然后采用超声声强法对向外传播声波中的倏逝波进行过滤,获得能够被传递到远场的传播波成分,进而对壳体远场辐射声功率进行预报,并与自由场辐射声功率进行对比,验证该方法对水下柱形结构辐射声功率预报的有效性;最后,分析影响预报结果精确度的因素,探究该预报方法的适用条件。结果表明,该方法对于声学水池中柱形结构低频声辐射预报有一定的工程应用价值,对减振降噪具有指导作用。

复合夹层板声辐射快速数值计算

采用哈密顿原理建立了水下复合夹层矩形板在机械激励作用下的振动与声辐射模型,并通过瑞利-里兹法求解动力学方程,夹层板的位移场用离散层理论进行描述,为了减少系统运动方程的维数,利用近似处理方法使得各位移分量均可用横向位移来表示.计算板表面声辐射阻抗时,给出了一种基于一重积分的快速计算的方法.计算结果与有限元软件ANSYS分析的结果一致,证明了算法的正确性.最后分析了夹芯板芯层几何参数与材料参数对声辐射的影响,指出根据具体工况合理设置芯层厚度和弹性模量能有效降低辐射噪声,可用于结构噪声被动控制.