动车组头车声固耦合模态分析及多目标优化

目前针对高速列车领域声固耦合共振现象的产生机理和影响因素尚缺乏深入探讨,并且基于声固耦合共振理论的车体优化设计也需进一步开展。该研究基于模态等效和质量等效原则建立动车组头车有限元模型,分别进行结构模态、声场模态和考虑内外声场影响的声固耦合模态分析。分析结果表明:结构模态频率符合头车设计规范;声场模态存在与结构模态相近的特征频率,为后续耦合共振优化提供依据;内外声场的耦合作用导致结构和声场系统的模态参数变化,论证了模态分析中考虑声固耦合因素的必要性。基于模态分析结果,对动车组头车结构进行了两项优化设计:以车体质量最小化为目标,车身厚度为设计变量,在满足一阶垂弯模态频率约束条件下进行车体减重设计;为避免耦合共振影响,提取结构和声场固有频率值接近的模态阶次,将二者的频率差最大化作为优化目标,引入车体减重设计模型,形成头车轻量化与舒适性指标同步提升的多目标优化体系。

基于声固耦合算法的贯流式水轮机轴系振动特性研究

水轮发电机组轴系的振动特性对水轮发电机组的设计具有重要意义。应用转子动力学理论,基于声固耦合算法,考虑轴系中转轮周围水体对轴系振动特性影响,建立轴系转轮湿模态计算模型,以本公司正在设计中的某贯流式水轮机轴系为研究对象,对机组旋转轴系的固有振动特性进行动力学计算,得到轴系前12阶模态固有频率及振型图,通过绘制轴系的Campbell图,得到系统的临界转速,分析判断机组轴系发生共振的可能性。

基于声固耦合模型的车内低频结构噪声响应分析

根据模态相似原则建立某重型商用车简化的驾驶室有限元模型。在此基础之上建立驾驶室的声固耦合模型,并利用声学模态试验验证了模型的正确性。通过实车道路试验测量怠速工况和匀速行驶工况下驾驶室悬置点的激励信号和车内振动噪声响应信号。将测量的激励信号施加于声固耦合模型进行频率响应分析,计算20～200 Hz范围的车内结构噪声。将得到的振动噪声响应仿真结果与试验结果进行对比分析。分析表明,仿真响应频谱能够反映出激励谱和模态的影响,与试验结果相符。利用此模型预测车内振动噪声水平,也具有较高精度。

轿车车室声固耦合系统的模态分析

车室声学模态分析是汽车NVH特性研究的重要内容,识别系统模态对避免声学共振、降低车内噪声有重要意义。利用有限元法建立某轿车车身结构和车室空腔模型,并建立了考虑结构与空气之间相互作用的车室声固耦合系统模型。列出三个系统的有限元方程式,使用MSC.Nastran软件对三个模型的模态进行仿真计算,对结构的模态频率和变形部位、空腔声学系统的声学模态频率和声压分布情况以及耦合系统中结构和声学空腔模态频率和振型的变化进行了详细分析。测量车内纵向对称面上的等声压线以验证仿真结果。结果表明:结构与空气的相互作用将改变原系统(车身结构或车室空腔)模态的频率和振型,并将引起另一个系统产生相应模式的振动;系统第一阶声学模态为纵向声学模态,其振型的试验结果与仿真结果在分布特点、变化趋势等方面符合较好。

基于ABAQUS声固耦合法的水下结构声辐射研究

文章旨在探讨ABAQUS声固耦合算法在模拟水下结构声辐射问题的可行性。基于ABAQUS声固耦合算法对双层圆柱壳的水下噪声辐射特性进行了计算和分析,并把部分计算数据和实验数据进行对比分析。结果表明:ABAQUS在水下结构声辐射特性数值分析问题上可以取得较好的效果,计算值与实验数据基本吻合,满足工程要求,为水下结构声辐射性能研究提供了一种新的分析方法。

基于PolyMAX的声固耦合模态试验研究

白车身的结构模态频率和模态振型反映了汽车车身结构的固有特性,对车内噪声有重要影响。车内空腔跟车身结构一样,同样拥有模态频率和模态振型。采用LMS数据采集系统对某国产SUV进行车内空腔声学模态试验。首先基于传声器阵列的方法获取响应点的信号,然后利用PolyMAX方法提取声学模态频率及振型。将声学模态频率与白车身结构模态频率进行对比分析,结果表明:车内空腔的第一、二阶声学模态分别跟白车身的第四、十阶结构模态有很强的耦合。最后通过实车测试验证了声固耦合共振时低频轰鸣的存在。可以在关键部件增加板厚、顶盖和地板附加阻尼层、顶盖加加强筋等方式改变车身结构的局部模态来破坏车身结构模态和声腔模态的强耦合状态,降低车内的低频轰鸣声。

轿车声固耦合低频噪声的有限元分析

建立结构载荷激励下乘坐室空腔声学系统和声固耦合系统的有限元模型。利用有限元软件ANSYS和LMS V irtual.lab对某轿车乘坐室结构与空腔声模态的频率和振型进行分析,采用直接法和模态叠加法对该轿车车内噪声仿真结果进行比较,指出采用模态叠加法计算声固耦合问题时,对于结构模态阶数的提取要求。通过计算仿真分析该模型低频噪声在频域中的分布情况,为降低由结构振动引起的车内低频噪声提供结构修改和声学修改依据。

车内低频噪声声固耦合及试验优化设计

利用某国产轿车的声固耦合有限元模型对车内低频噪声进行了预测、分析和优化,并通过实车道路试验得到动力总成悬置激励、路面通过悬架传递到车身的激励以及驾驶员耳旁声压级响应。将测得的激励施加于模型中的相应位置进行频率响应分析,并预测车内低频噪声。从预测结果与试验结果的对比可以看出,二者具有较好的一致性,证明了轿车声固耦合模型的有效性。分析了驾驶员耳旁声压级对车身结构各壁板的灵敏度,根据灵敏度分析结果,应用涂贴阻尼层的方法对车内噪声进行控制,通过对阻尼层的试验优化设计,优化了涂贴阻尼层的密度及厚度。优化后车内噪声峰值降低了1.13dB(A),总声压级降低了0.62dB(A),阻尼层的总质量降低了1.935kg。

箱体结构的声固耦合有限元分析

基于声学有限元法和声固耦合理论,建立了箱体结构的有限元模型,采用有限元AN-SYS软件,针对不同厚度的壁板以及不同位置的加筋处理两种情况,对箱体结构振动与内部噪声进行了分析研究,确定部分结构参数的改变对箱体内部噪声的影响规律。

驾驶室结构振动及其声固耦合噪声响应分析

利用有限元分析软件ANSYS和声学分析软件SYSNO ISE对卡车驾驶室的振动与内部声场耦合做了数值计算分析研究。介绍了振动频响分析方法,动力学计算与声学边界元模型耦合的具体步骤。通过计算分析,分别研究了驾驶室结构的声固耦合模型与非耦合模型对室内声场的影响,从而找出在不同的壁板厚度条件下,声固耦合作用对室内噪声的影响,以及驾驶室内声场的变化规律。

浸没圆柱壳低频自振频率计算中流固与声固耦合模型统一性分析

流固耦合与声固耦合模型是分析流场中圆柱壳自振特性的常用理论模型。现有的研究表明,基于这2种理论模型的流场中圆柱壳低频自振特性计算结果吻合较好,但尚未有关于二者本质联系方面的研究。分别基于这2种理论模型求解浸没圆柱壳的自由振动,基于圆柱壳自由振动的Flügge方程进行相关公式的推导,并提出利用Galerkin法求解特征方程的方法。结果显示,采用该方法既可求得各阶模态固有频率的精确解,又能显著提高运算效率。对2种理论模型进行统一性分析,从贝塞尔函数的性质出发,证实流固与声固耦合模型虽然是基于不同的理论基础,但在求解浸没圆柱壳低频自振特性上其本质上是一致的,且通过算例的对比,证明2种模型在低频段计算结果吻合较好。

车辆乘坐室声固耦合模态分析

论文详细地介绍了车辆乘坐室声学系统模态有限元分析的过程,分析了座椅对乘坐室声学特性的影 响,得到了乘坐室空腔声学共振频率和声学模态,并利用声学系统经验公式验证了分析结果的正确性,从而可指导 车辆乘坐室声学设计,避免乘坐室声学共振。

基于边光滑有限元的声固耦合研究

在声固耦合的计算分析中,一般采用耦合的有限元或者耦合的有限元与边界元等数值方法来进行模拟。由于有限元系统偏硬,因而在使用有限元进行声学及声固耦合问题的模拟中,都会产生比较大的数值误差。为了降低声固耦合系统的刚度,降低有限元的计算误差,通过采用耦合的边光滑有限元法来对三维的声固耦合问题进行模拟。由于三角形网格和四面体对于任何复杂几何模型的离散适应性很强,因此在结构域中,将采用三角形来离散系统,而在声学域中,采用四面体来离散,并对结构域中三角形板单元以及流体域中的四面体单元都进行基于单元边的梯度光滑操作。通过数值算例的研究结果表明,光滑梯度操作能够适当降低有限元系统的刚度,使离散系统刚度更加接近连续系统的刚度,数值解更加接近真实解,从而为本方法的进一步应用打下基础。

基于模态叠加法的声固耦合噪声仿真与实验

在ANSYS中建立了长方体箱体的有限元模型,并计算结构模态。将有限元模型和结构模态导入Virtual Lab,计算空腔声模态,用模态叠加法计算耦合声场对激励的响应,得到了声压级分布云图和场点频率响应曲线。设计了长方体箱体的振动噪声实验,将声卡采集得到的噪声信号在Matlab中进行傅立叶分解,得到声场内一点对激振频率的响应曲线。仿真数据与实验数据有较好的一致性。

水下结构声固耦合振动的特征值计算

针对水下结构声固耦合振动计算中出现的非对称矩阵(与频率相关)的特征值问题,本文基于共轭子空间迭代法,提出了计算水下结构振动固有频率和振型的双重迭代算法。数值算例表明:该算法收敛性好,用于水下结构声固耦合振动的特征值计算是有效的。文中分别将流体视为不可压缩和可压缩两种情况建立了流固耦合方程,计算了板、加筋板和方箱振动的固有频率和振型,将干模态和湿模态、不可压缩流体和可压缩流体的计算结果进行了比较,并分析了结构刚度和流体边界条件对附加水质量影响系数的影响。

客车车内噪声声固耦合分析与优化

文章建立某型客车的声固耦合有限元模型,利用MSC.Nastran对车内最后排乘客测点耳旁声压进行了预测,并通过实验验证了分析结果。为了降低噪声峰值,通过灵敏度分析选择合适的杆件进行优化计算,最终有效降低了关键频率下测点声压的响应峰值,为降低由于结构振动而引起的车内低频噪声提供了指导。

声固耦合系统数值计算方法的研究与应用

机械设备的振动噪声控制至关重要,声固耦合问题是机械振动噪声分析领域常见的多物理场耦合问题.对声固耦合分析方法进行研究,为声固耦合分析提供一定的理论依据.声固耦合问题可分为强耦合与弱耦合两类,声固耦合方法可根据耦合程度计算公式或工程经验选择;基于结构有限元法与声学边界元法研究了2种耦合方法的耦合方程与耦合流程,采用主流的振动噪声分析软件对具体声固耦合实例进行分析,得到模型在2种不同耦合方法下计算的模型和场点的频率响应结果.2种耦合方式的计算结果在整个曲线走势与出现峰值的频率方面基本一致.在高频区域,弱耦合方法由于忽略了空气对结构振动的阻尼作用,计算结果的数值较大.对于薄壁结构,空气对结构的影响较大,应采用强耦合;对于质量或厚度较大的物体,可采用弱耦合.结果论证了声固耦合方法的选择依据,总结了声固耦合方法的应用范围.

基于声固耦合法的环肋壳水下冲击数值仿真试验

环肋壳是潜艇耐压壳的常见结构形式之一,水下冲击响应分析对潜艇抗水下爆炸设计具有重要意义。利用声固耦合法对由环肋圆筒和2个半球组成的小型潜艇耐压壳简化模型进行水下冲击数值仿真试验,分析环肋壳在水下爆炸载荷作用下的瞬态动力响应。结果表明:该方法在流固耦合面上会形成局部空化,中截面上迎爆面的塑性应变小于背爆源,可为潜艇耐压壳的优化设计提供参考。

汽车驾驶室声固耦合系统的灵敏度分析

汽车车内声学灵敏度分析，是汽车NVH（Noise Vibration Harshness）特性研究的重要内容。文中利用有限元方法，建立汽车驾驶室三维声固耦合模型，在ANSYS中计算了驾驶室在20～200Hz频率的声固耦合振动特性。利用ANSYS的灵敏度分析功能，计算了驾驶室内某点声压级对驾驶室各面板厚度的灵敏度，为有效降低车内某点噪声及进行结构修改，提供了方向性指导。

基于声固耦合方法舰船结构冲击响应数值预报研究

相比流固耦合方法,声固耦合方法对于计算非接触爆炸下舰船的冲击响应具有较好的精度.文中基于声固耦合方法,对舰船结构冲击响应进行预报.为了验证该方法的计算精度,以公开发表的实船试验数据为参考,对该方法的数值计算进行了对比分析.在此基础上,以某一典型舰船为例,计算全船冲击谱速度值,并分析其沿纵向和冲击因子变化时的分布规律.通过最小二乘法,拟合建立具有一定通用性的快速预报公式,为舰船结构的抗冲击设计提供参考.