辐射噪声预报与结构声优化的研究现状与发展

面向结构的噪声与振动控制,对结构辐射噪声预报的有限元法、边界元法、波叠加法、统计能量法和无限元法的发展历程、特点、研究现状及存在的问题进行分析,针对在产品的设计阶段进行结构的声优化设计这一热点问题,论述声优化中的形状优化、拓扑优化、阻尼优化的特点、研究现状及存在的问题,总结辐射噪声预测和声优化的关键问题和未来的研究方向。

橡胶层与空腔的结构-声耦合解析模型和隔声优化

针对橡胶薄层与空腔的声学耦合,提出一种结构-声耦合解析模型,并基于该模型对密封条的材料与几何参数进行优化。通过加入余弦辅助函数,得到空腔的声学模态振型函数。利用瑞利-里兹法,建立简支双薄层结构振动与空腔声学耦合的解析模型。利用该模型分别计算单点激励的均方响应和扩散声场激励的隔声。通过与阻抗-迁移率方法和混合有限元-统计能量分析(FE-SEA)方法的计算结果对比,验证了该解析模型的准确性。结果表明:与FE-SEA方法相比,该解析模型具有较高的计算效率;利用该解析模型和粒子群算法优化材料与几何参数,使得隔声提高10 dB以上;优化的密封条趋向于扁而宽的截面。

离心泵振动噪声分析及声优化设计研究

离心泵装置在我们的生活中随处可见,在一定程度上为我们的生产和发展带来了巨大的帮助,但是,其在运行时产生的噪声却对我们身心健康带来了较大的影响,因此,文章通过下文对离心泵振动噪声及声优化设计相关方面的内容进行了阐述,进而为有关研究人员提供一定的借鉴作用。

轻质隔声夹层板结构声振耦合拓扑优化

为了满足夹层板结构轻质及隔声性能优化需求,提出了一种基于线性材料插值模型的三场浮动投影动力学拓扑优化方法,进行夹层板结构声振耦合拓扑优化设计。首先,结合混合位移/声压(u/p)有限元格式和线性材料插值模型,解决多场耦合界面依赖性问题和低密度区域局部模态问题;其次,面向三维轻质夹层板结构声振耦合特性,建立以隔声性能最大化为目标,轻量化体积分数为约束的优化范式;第三,依托阻抗管隔声性能试验场景,对三维夹层板结构有限元数值模型进行拓扑优化设计,并结合阻抗管试验验证方法的准确性和有效性;最后,将所得优化构型与常见夹层板构型的隔声性能进行对比。研究结果表明:采用所提方法可获得性能优越的新颖拓扑构型,1100~1300 Hz优化目标频段对应的优化目标隔声性能即传声损失总值从197.62 dB提升到205.09 dB,且数值仿真结果与试验结果吻合良好。在结构同等质量下,优化目标频段拓扑构型的隔声量性能优于常见开孔/闭孔矩形蜂窝状、蜘蛛网状夹层板结构的隔声量性能。

宽带声场再现中基于GSO-GL的次级声源布局优化方法研究

声场再现是一种利用多个次级声源在听音区域内再现预定义期望声场的方法,其中次级声源布局是影响再现性能的关键因素。为解决次级声源布局优化问题,提出一种将Gram-Schmidt正交化方法与组Lasso方法相结合的方法(称为GSO-GL方法),即先使用Gram-Schmidt正交化方法从所有备选次级声源中选出一定数量的次级声源,再利用组Lasso方法从前一步所选的次级声源中进一步选择出激励声源。二维房间模型仿真结果表明,GSO-GL方法的性能优于单独使用Gram-Schmidt正交化方法或组Lasso方法,综合了Gram-Schmidt正交化方法的高系统稳定性和组Lasso方法的高再现准确度。

锤片式秸秆加工机械噪声研究

农作物秸秆经过揉丝、粉碎、铡切等加工处理后可以作为饲料、肥料、工业原料或燃料等使用。对秸秆进行多种加工的锤片式秸秆加工机械普遍存在振动与噪声大的问题,制约了该类机械向高品质方向发展。文章总结了锤片式秸秆加工机械噪声特点,即该类机械工作时同时存在气动噪声与振动噪声,其中气动噪声主要由锤片式转子旋转扰动内部流场产生的离散噪声以及流场中涡流和边界层的吸附与分离产生的宽频噪声组成;振动噪声主要由不平衡转子传递到机壳或机架产生的离散噪声以及机器内部秸秆物料与锤片、物料与机壳、物料与物料间的碰撞产生的随机宽频噪声组成。基于噪声基础理论与方法研究现状,综述了锤片式秸秆加工机械气动与振动噪声、内流场特性、结构动态特性、锤片等零部件磨损后对振动及噪声影响以及结构声优化设计方面的研究现状。在此基础上,对该类机械噪声的研究进行总结与展望,为锤片式秸秆加工机械降噪及减振设计提供参考与借鉴。

兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化

发展气动/声爆伴随优化设计方法对于研制新一代超声速客机具有重大意义。典型的气动/声爆伴随优化设计方法分为两种:近场信号的伴随优化和远场声爆预测耦合伴随设计优化。将最新发展的基于离散伴随理论的近场声爆信号反设计与气动特性优化结合,提出兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化策略。首先,概述了伴随方程梯度求解和提出的基于信号射线方法的近场过压提取及目标过压装配过程,并验证了优化流程中近场信号及地面波形预测的准确性。其次,针对超声速民机标模,开展了低阻优化、近场低声爆反设计、兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化三种策略的对比研究,结果表明兼顾气动和近场声爆特性优化策略的伴随优化在综合提升气动和低声爆特性上表现更优。最后与文献中相同算例的优化结果进行对比分析,进一步证明了该优化策略在超声速民机设计中的应用潜力。

厦门鸿山公园雨天声景观优化研究

本文从声景角度出发,以厦门鸿山公园为研究对象,运用声景漫步、实地测量和问卷调查等方法,对公园的声景构成、景观节点的声环境及公众主观评价进行研究分析,结合视觉与听觉的交互影响,探讨鸿山公园声景存在的问题及相应的优化策略,在突出地域声景文化底蕴的基础上提出具体的声景优化措施,以期对城市山地公园声景观优化建设的研究提供参考和借鉴。

变电站用隔声性能优化的装配式墙板设计及试验研究

变电站模块化建设已成为我国变电站设计主流,但是,模块化户内变电站的围护结构对电力设备噪声的控制能力是有限的。在原有模块化户内变电站用的装配式墙板的基础上,根据墙板隔声性能相关的理论依据,对其进行了隔声性能优化设计,并采用混响室法对原墙板与新墙板进行了试验研究。研究结果表明,无论在中低频区还是在中高频区,优化后的新墙板的隔声量相对原墙板都有了较大幅度的提高,优化设计的效果明显。并且新墙板具有机械强度高、保温隔热性能好、防火等优点,在变电站噪声治理方面具有重要的工程应用价值和社会效益。

关于轨道交通声屏障结构优化的仿真分析

采用有限元—无限元耦合法,依据有关文献的声屏障模型进行有限元建模,验证基于有限元—无限元耦合法的Actran软件计算声屏障插入损失。在通过试验验证无声屏障时路基线路模型可靠性的基础上,进而对表面带有凸起的声屏障结构进行数值仿真计算分析;研究表面带有圆形凸起和表面带有三角形凸起的声屏障结构的扩散体宽度、间距及突出高度分别对其降噪效果的影响,并优化其各自结构参数,为设计效果达标、结构合理和外形美观的声屏障提供理论依据。

考虑声振耦合的平板结构声振特性优化研究

研究多个动力吸振器优化结构的声振特性。根据Hamilton变分原理建立多个动力吸振器—平板—介质系统的声振耦合动力学方程,给出简支边界条件下耦合方程的解;以吸振器的质量、刚度、阻尼和位置为设计变量,以平板结构表面平均振速级和辐射声功率级为优化目标,采用遗传算法进行优化研究。研究表明:在一定频段内,单个动力吸振器能够降低优化目标10 d B左右,采用多个动力吸振器能够控制结构较宽频带的噪声;对于水下结构,可采用两个动力吸振器进行优化,但不能将空气中吸振器的优化结果直接用于水下结构。研究结果可为动力吸振器的减振降噪设计提供理论依据。

有限长管道声衬的参数优化设计研究

本文应用已经过验证的有限长管道声学模型进行声衬参数的优化设计,研究了固定工况下,优化半径、声衬长度和声衬位置对阻抗优化参数的影响,其中声衬长度和声衬位置对阻抗优化参数的影响和应用无限长管道声学模型进行优化设计时的影响明显不同.本文讨论得到的结论对声衬参数优化设计有重要的指导价值.

武汉月亮湾城市阳台广场声环境设计与优化

武汉月亮湾城市阳台位于武昌生态文化长廊上,是武汉长江主轴九大城市阳台之一,该项目由英国扎哈·哈迪德建筑师事务所与中南建筑设计院股份有限公司联合设计。该文采用了物理实验和计算机仿真相结合的方式,对紧邻主干道交通噪声以及其在城市阳台广场上的分布进行了计算与分析,确定了引入声景元素的各项技术指标,使得钟声和水声能够在城市阳台广场上被听闻和辨别,从而实现听闻舒适性、辨识度和标识性(CIS)为目标的声环境设计策略。

基于IWO算法的轴系—基座—壳体系统声辐射优化研究

针对轴系-基座-壳体结构复杂,对于激振力引起的结构表面声辐射尚未形成一套有效的计算和优化方法,文章尝试通过功率流有限元和声学边界元方法,对系统声优化问题进行了研究。在直线校中状态下,用相应单元模拟系统中减振器、隔振器和吸振器,建立轴系-基座-壳体系统有限元模型,利用有限元转子动力学,计算系统某特定工况下频率响应。在此基础上采用IWO算法,以各减振单元参数为设计变量,以传递路径的总功率流为目标函数进行优化,最后利用声学边界元方法对优化结果进行对比分析。结果表明,将流经路径总功率流替代场点声压为目标函数,不仅能将问题简化大大减少计算量,还能为系统减振降噪提供有效的优化计算方法,具有重要工程应用价值。

板壳结构加强筋仿叶脉分布声辐射优化研究

将植物叶脉脉序分布的形成机理应用到基于声辐射优化的薄板结构加强筋布局中,提出了一种加强筋仿中叶脉布局的声辐射优化算法。以结构在优化频带内应变能和应力的均值作为加强筋生长准则,设计灵敏度则反映了结构声辐射性能对设计参数变化的敏感程度。四边固支方板和矩形板的加强筋分布的声辐射优化算例证明了该方法的有效性。

基于ERB尺度的车内低频声品质优化

以某轿车为例,建立了其FE-BEM的低频声学响应模型,并通过实车试验验证了模型的正确性。基于等矩形带宽(ERB)尺度,并以车速50km/h时采集的驾驶员右耳处20-200Hz频带的声信号为基础,运用正交试验设计生成16个声样本。编程计算了各样本的客观参量,并完成了主观评价试验。综合遗传算法与支持向量机,构建了声样本的声品质预测模型。以低频段各REB频带声压级为变量,声样本主观烦躁度最小为目标,建立了声品质优化模型,优化得到了比原来显著改善的声样本,通过主观评价结果验证了该方法的有效性。

螺旋桨低频宽带噪声影响参数研究与流—声多目标优化设计

文章以谱方法为理论基础,以条带法为数值求解方法,针对Sears力响应函数引入厚度修正,建立了螺旋桨低频宽带噪声理论预报方法。通过对比10叶模型螺旋桨水筒试验数据,验证了厚度修正的效果,厚度修正后总声级误差由2 d B减少至1.1 d B。文中利用厚度修正后的预报方法,从三个层次六个方面对影响螺旋桨低频宽带噪声的参数进行研究,并实现了流-声多目标优化设计:(1)单个螺旋桨影响参数灵敏度分析:1外半径型值对总声级影响较大,而内半径几乎没有影响。2利用Sobol灵敏度分析法对两个不同叶数螺旋桨的流场参数和螺旋桨参数进行研究发现:不同桨叶下各参数影响因子几乎一致,来流速度对于螺旋桨低频宽带总声级有最大贡献,约为30%的正效应,其次是湍流度约为22%的正效应,而湍流积分长度仅占7%的负效应。(2)单个螺旋桨流—声多目标优化设计研究:以NSGA-Ⅱ为优化算法,结合非定常面元法和低频宽带噪声预报方法,实现流-声多目标优化设计。(3)多个螺旋桨相对关系稳健性分析:对不同螺旋桨低频宽带噪声相对关系稳健性进行研究,分析湍流积分长度和湍流度变化的影响。该文的研究成果为下一步将低频宽带噪声纳入螺旋桨设计考核指标奠定了理论基础。

混合动力汽车车内声品质分析与优化

为评价混合动力汽车声品质特性,并对混合动力汽车声品质进行优化,建立了粒子群和遗传算法优化的神经网络混合动力汽车声品质客观评价模型。计算响度、AI指数、波动度、粗糙度、尖锐度和A声压级对声品质的贡献度,提出了利用聚酯与聚丙烯多孔吸音材料,联合丁基橡阻尼材料对混合动力汽车进行宽频域的减振降噪来提升车内声品质。通过对车内声品质优化试验结果的对比分析发现,优化后的混合动力汽车的车内声品质客观参数明显改善,声品质预测值提升了24.8%,说明所采取的声品质优化策略可靠有效。

轨道车辆车内声场仿真及声品质优化

以上海轨道交通九号线为例,对车内噪声进行现场测试,测量车厢结构参数并建立有限元模型,采用Actran软件进行声学仿真,并使用A计权声压级和特征响度两个主要的声品质客观评价参量验证仿真的结果,随后提出声品质优化方案,使车内声压级降低5 dB,特征响度总体下降,总响度值降低1.26 sone,对提高车内声品质和改善车内声场环境具有一定的参考价值。

声信号特征优化断路器机械故障诊断算法

为提高断路器机械故障的诊断准确率,并解决传统基于振动信号方法面临的接触安装局限、低频本振和高频干扰等问题,提出基于声特征优化提取的机械故障监测算法。算法首先将声信号划分为信号区间并以K-S显著性检测提取故障信号差异较大的信号区间,然后提取其LDA优化凸显的GFCC特征,以提高特征对故障状态的描述能力,然后采用特征加权优化的SVM算法对高压断路器的机械故障进行诊断监测。以四种模拟机械故障取得的声信号数据进行实验,结果表明,算法对四种故障的诊断准确率均值达到94%以上,验证算法的有效性。