基于声振传递的飞行器噪声振动环境预示方法研究

针对高速飞行器飞行条件下的噪声、振动环境恶劣、复杂、难预示的问题,提出了基于声振传递的飞行器飞行条件下的噪声、振动环境预示方法。采用数值仿真、脉动压力风洞试验或工程分析等方法,获取飞行器在典型工况下的舱外脉动压力场;通过噪声试验或声振耦合仿真分析的方法,得到飞行器声振传递特性;根据获得的舱外脉动压力和声振能量传递特性,结合具体飞行参数得到实际飞行条件下的飞行器声振预示环境。采用该方法对某飞行器开展了振动环境预示研究,经地面及飞行试验验证振动环境量级预示精度可达1.6 dB。提出的基于声振传递的飞行声振环境预示方法可以广泛应用在导弹、火箭等飞行器的精细化环境设计中,对于提高飞行器总体性能、环境适应性和飞行可靠性具有重要的工程意义。

基于声振融合的二次EWT-CNN刀具磨损监测

为了实现加工过程中对刀具磨损状态的监测,提出一种基于协同过滤融合的方法。首先,对工作刀具振动信号和声音信号进行特征相关性分析后进行数据层融合;然后,将得到的声振融合信号进行二次经验小波变换(EWT)后去噪重构;最后,将重构信号进行信号增强并送入CNN实现特征提取及刀具故障识别。通过对不同故障类型的麻花钻头进行故障识别实验,在声音、振动以及声振融合信号和不同信号去噪重构方法的对比下,该方法对不同故障类型的钻头作出了98.96%的高识别率。验证了所提方法在刀具故障识别方面的优越性。

板壳结构在声振联合试验下的振动响应耦合分析

目的研究具有工程实践意义的板壳组合结构在声振联合作用下的响应预测方法。方法在噪声试验、振动试验和声振联合试验响应曲线的基础上,分析板壳组合结构在噪声和振动同时激励下的响应耦合规律,并根据噪声试验和振动试验的响应极值包络法,来预测在声振联合试验作用下板壳结构的响应分布。结果声振联合试验响应曲线近似于噪声试验和振动试验的最大值包络线,噪声的面激励和随机振动的基础激励在不同的频率范围内对结构响应起着主要影响。试验件的噪声试验和振动试验响应曲线在给定的频率点出现相交,小于交越频率的声振联合试验响应与振动试验高度吻合,高于交越频率的响应则以噪声试验为主。结论在工程实际中,可以直接利用振动试验和噪声试验的响应数据对声振联合试验的响应进行预测。由于交越频率难以事先获得,因此响应叠加法在实践中更易于实现。

声振和静电场耦合作用下漏电介质平面液膜的线性不稳定性

在超声电喷推力器中,声振与电场力共同作用使得液膜界面失稳破裂,进而发射液滴并产生推力.为了揭示超声电喷推力器中液膜初始失稳的物理机制,针对超声与电场力耦合作用下液膜的线性不稳定性进行了理论研究.基于Floquet理论,对声振和静电场耦合作用下漏电介质平面液膜进行了线性不稳定性分析,求解了扰动增长率、频率与波数之间的色散关系,通过绘制色散曲线,获得电学、振荡及物性参数对线性失稳的影响规律.结果表明,根据极板间距与液膜厚度之比的不同,液体电导率和介电常数对不稳定性的影响规律会发生改变.当参数不稳定区域增长率较大时,电场力的增强会促进失稳,而当参数不稳定区域增长率较小时,电场力的增强会抑制失稳.

声衬声振响应及其对阻抗影响的实验研究

声衬在高声压级声波激发下产生声振响应,刚性假设不再成立,其结构振动会对吸声产生一定影响。本文针对振动对声衬吸声的影响和声振响应开展实验研究,通过参数化研究,获得了不同工况和不同穿孔板几何参数下声振响应对声阻抗的影响规律。实验结果表明:穿孔板振动会导致声阻在结构共振频率处出现波峰或波谷,吸声系数出现“额外”的吸声波峰或吸声波谷;穿孔率和声压级的增大会减弱振动的影响,且存在一个临界穿孔率;穿孔板参数会影响高声压级下结构振动导致声阻变化的特征;在结构共振频率附近,小孔–面板速度相位差会发生突变,导致相对速度增大,吸声效果改变。

高铁箱梁桥顶板纵向加筋对其声振特性的影响

伴随着高速铁路箱梁桥的大规模建设,列车经过时引起的高架桥低频声辐射问题已成为限制其发展重要因素之一。为了缓解列车经过箱梁桥时的声辐射问题,有必要开展桥梁降噪措施研究。以高速铁路箱梁桥为研究对象,对箱梁桥顶板增设纵向筋板,采用多体系统动力学软件UM及有限元-边界元方法建立车辆-轨道-桥梁耦合动力学模型和声学预测模型,对原结构箱梁桥和加筋板箱梁桥的振动加速度、辐射声功率、线性声压级和声场分布等进行分析,研究顶板纵向加筋对箱梁桥声振特性的影响。研究结果表明:增设纵向筋板后箱梁桥各个板件振动加速度都明显减小,在顶板处减幅最大;增设纵向筋板后箱梁桥的辐射声功率和声压级明显降低,降噪效果良好;其对桥上声场的降噪效果好于桥下和桥侧声场。

声振检测仪在烟草卷包设备故障诊断中的应用

在烟草制作生产过程中,烟草卷包设备具有不可忽视的作用。在这种情况下,烟草企业应加强对该设备运行状态的关注,在发现故障问题时及时进行处理,从而充分发挥烟草卷包设备的性能,延长设备的运行寿命。由此,本文对声振检测仪在烟草卷包设备故障诊断中的应用进行研究,通过对烟草卷设备运行中常见的故障问题进行分析,提出了相应的措施,从而提高对故障问题的诊断及预防效果,为我国烟草制作行业的发展提供参考。

基于声振信号融合的IRCMMDE离心泵损伤检测方法

离心泵早期的损伤特征比较微弱,难以有效提取其故障特征。针对这一问题,提出了一种基于声振信号融合的改进精细复合多元多尺度散布熵(IRCMMDE)和GWO-SVM的离心泵损伤检测方法。首先,利用多个传感器收集了离心泵在不同损伤状态下的声音和振动信号,并将声音和振动信号进行了融合,以充分利用不同类型信号中所蕴含的损伤特征信息;随后,针对多元多尺度散布熵(MMDE)不稳定的缺陷,对MMDE的粗粒化处理进行了优化,提出了改进精细复合多元多尺度散布熵(IRCMMDE)的复杂性测量指标;接着,利用IRCMMDE对声振融合信号进行了损伤特征提取,构建了各个损伤状态下的特征矩阵;最后,利用灰狼算法优化的支持向量机分类器,对各个损伤状态下的特征矩阵进行了识别,得到了最终的离心泵损伤检测结论。研究结果表明:采用基于声振信号融合的离心泵损伤检测方法,其最高可达到99.2%的故障识别准确率,相比于基于MMDE和RCMMDE的损伤检测方法,其能够更准确地识别出离心泵的损伤;该方法还能有效缓解单一信号检测时的不确定性,并且在多次实验验证下,其仍具有很高的检测精度。

水下平板结构声振耦合分析的等效源法研究

水下航行体在水下辐射的噪声是水下目标探测的主要信息来源,快速精确地计算其辐射噪声特征参数对于结构的声辐射预报与控制具有十分重要意义。不同于空气中结构声辐射的预报,重流体介质如水中结构的噪声计算,由于结构振动和声场之间存在的耦合作用以及边界面上计算中存在的奇异积分问题,导致传统的边界元方法在计算效率和精度上受到一定限制。为此,利用波叠加原理,通过在结构内部分布点声源等效模拟振动产生的结构外声场,并根据结构与介质的边界连续性条件和体积速度匹配原则,构建了声振耦合动力学方程,以求解相应的等效源强度,进一步计算了声功率等声学参数。以水下置于无限大障板上的矩形板为案例,采用所提方法计算其声功率,并与解析解进行对比,证明了该等效源法的有效性。

声振耦合分析方法在二次辐射噪声预测中的应用——以广州市云珠酒店为例

近年来,随着国内大城市轨道交通运输的快速发展,地铁网络建设日新月异。地铁在给人们带来快捷和便利的同时,地铁列车运行引起的振动和噪声对周围环境和周边居民生活造成负面影响的问题日益凸显。为了评估地铁引起的二次辐射噪声影响并提高预测精度,文章以广州市地铁二号线列车运行产生的振动噪声对临近的云珠酒店的影响为例,采用声学-固体边界声振耦合计算的有限元方法,分析了地铁导致的周围建筑物室内二次噪声的空间分布特征。模拟结果显示,建筑物内测点实测值与仿真值比较,除了20~50 Hz的低频预测值比实测值稍小外,其他频段的一致性较好,二者的误差均在3 dB以内,说明本研究选用的声振耦合仿真方法可以减少人为设定的误差,提高了对地铁运行产生的周围建筑物二次噪声的预测精度,为将来进行相关的研究提供了一种较为可靠的预测方法。

焊接工艺参数对船舶加筋板结构的声振特性影响研究

[目的]焊接是舰船结构连接的常用方法,焊接对结构的声振特性有一定影响,因此需进一步研究焊接参数对结构声振特性的影响规律。[方法]联合运用热弹塑性有限元法和声固耦合有限元法,探究焊接工艺参数对船舶典型加筋板结构声振特性的影响规律。[结果]结果表明:焊接残余应力受焊接输入功率和焊接速度影响明显,焊接输入功率越高焊接残余应力分布范围越大,焊接速度越慢焊接残余应力分布范围越大。船舶典型加筋板结构声振仿真计及残余应力时,其结构固有频率,加速度响应和辐射声压级频谱曲线等均发生改变。其中固有频率随输入功率增加而下降明显。[结论]仿真模型考虑焊接残余应力将提高结构低阶固有频率和响应预报的准确度,研究可为低噪声焊接工艺制定提供指导。

复合材料加筋/夹层板壳声振特性研究进展

复合材料加筋/夹层板壳结构在众多工程领域结构物中已得到广泛应用,研究其声振特性对于指导工程设计具有重要意义。本文对国内外复合材料加筋/夹层板壳结构声振特性的研究进行回顾、梳理和归纳,并探讨各种研究方法的适用性,以及未来的研究趋势。综述结果表明:解析与数值相结合的研究方法兼具灵活性和高效率,是研究声振特性的有效方法,也是重要的发展方向;新材料的应用给研究带来了新变化,增大了结构动力学和声学的设计空间;现有的分析方法可以模拟出结构的任意边界条件而无法还原实际边界条件,因而需要结合试验研究作为支撑。

声振信号构造CNN特征矩阵的断路器储能机构故障诊断方法

针对传统的高压断路器储能机构故障诊断方法过于依赖主观经验,准确率不高、泛化能力差,提出一种声音振动信号联合构造卷积神经网络(CNN)特征矩阵的高压断路器储能机构故障诊断方法。首先将采集到的声信号通过形态学去除背景噪声,提出基于峭度和包络相似性的时标对位方法保证声振信号的同步性,然后对数据扩容后的声振信号利用皮尔逊相关系数构造二维图像特征矩阵,最后利用CNN对特征矩阵进行训练。实验证明:文中所提出的故障诊断方法与传统方法对比总体诊断准确率高,泛化性能好。

考虑材料性能不确定性的声振强耦合系统稳健拓扑优化

针对外声场与结构强耦合问题,亟待开展不确定性优化的发展需求,提出了一种考虑材料性能不确定性的稳健拓扑优化设计方法。采用随机场模型描述材料弹性模量的不确定性,用级数最优线性估值方法将其离散成不相关的随机变量;进而用混沌多项式展开(polynomial chaos expansion,PCE)方法结合有限元-边界元耦合方法进行随机响应分析。通过材料属性的有理近似模型描述双材料的分布,以辐射声功率级的均值和标准差的加权和作为稳健拓扑优化的目标函数,随机响应的灵敏度同样通过PCE方法获得,最后通过移动渐近线优化算法对优化问题进行求解。数值算例表明,该方法相较于确定性拓扑优化可以获得对材料弹性模量不确定性更加不敏感的设计,这是不确定性优化方法在含外声场的声振强耦合问题上的一个新的拓展研究。

考虑系统参数和载荷不确定性的声振分析

为了准确描述随机性对声振系统响应的影响,本文基于单位分解有限元/有限元法和直接概率积分法实现了精确高效的随机声振分析。本文首先通过在声振耦合界面划分虚拟单元、实施坐标变换和引入精确积分方法,发展了新型单位分解有限元/有限元方法。然后将新方法的单元内捕捉波形信息的能力强、系统矩阵规模小、易于处理复数矩阵等优势和直接概率积分法需要重复计算的特点相结合,构建了精确高效的随机声振分析方案。数值算例分析表明,所提方案得到的统计特性均和蒙特卡洛模拟吻合很好,其能够进行可靠的随机响应分析。

基于声振信号经验模态分解的香梨黑心病早期无损检测

首先通过声振无损检测系统获取香梨响应信号,对信号进行经验模态分解并采用不同方法抑制其端点效应和模态混叠以实现信号分解效果最优;然后将香梨声振信号分解的分量作为输入,构建基于空间金字塔池化的卷积神经网络(convolutional neural networks with space pyramid pooling,CNN-SPP)判别模型。结果表明,改进斜率法能更有效抑制香梨声振信号分解端点效应,进一步采用互补自适应噪声完备集合经验模态分解(complementary complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CCEEMDAN)方法可获得模态混叠抑制最佳的信号分量,以此为输入构建CCEEMDAN-CNN-SPP判别模型对香梨黑心病的总体分类准确率为93.66%,对亚健康香梨判别准确率达94.44%,病害果误判率为6.35%,提高了声振法对梨果早期轻度病害的判别精度,为声振法应用于亚健康水果在线检测系统研发提供了研究基础。

类方形蜂窝夹层结构的声振特性研究

基于Reddy高阶剪切变形理论和双三角函数法,建立了类方形蜂窝夹层结构振动固有频率理论模型和隔声特性理论模型,运用Workbench和声学软件Virtual Lab分别对此夹层结构进行振动模态分析和声振耦合分析。结果表明,影响类方形蜂窝夹层结构隔声量的3个主要因素按所占权重由大到小依次为夹芯壁厚、面板厚度、夹芯高度。与传统六边形蜂窝夹层结构相比,类方形蜂窝夹层结构隔声性能更好。

雨滴冲击下薄板结构声振特性研究

为了研究降雨冲击船体结构所产生的振动和噪声对舱室乘客舒适性的影响,开展降雨模型冲击薄板结构的声振特性研究。单雨滴冲击外部结构所致声振分析是降雨冲击下声振特性研究的基础,因此,以薄板结构为目标对象,建立单雨滴冲击和连续雨滴冲击的载荷模型,利用Comsol软件研究薄板结构在雨滴冲击下声振耦合特性,分析雨滴参数和结构特征对辐射声功率影响。研究发现:雨滴大小对结构的声振特性影响显著;结构刚度对结构在雨滴连续冲击下产生的声功率级响应分布有明显影响;雨滴作用下结构的加筋类型与是否加筋对其产生的振动声辐射有显著影响,且选取合适的结构加筋方式有利于降低结构的振动声辐射;不同材质的薄板结构在雨滴冲击下的辐射声功率略有差异。研究结果对于预测舱室结构在降雨作用下产生的声能大小和对噪声进行控制具有参考价值。

基于声振耦合的球阀振动噪声数值分析

针对蒸汽球阀在工程实践中的噪声问题,本文采用声固耦合的数值模拟方法,研究了球阀的结构模态特性以及阀体管道的辐射振动噪声响应问题。研究结果表明:阀后管道内产生的流场最为紊乱,同时该处高速射流对阀体管道的冲击作用最剧烈,从而诱发出更高的振动噪声。阀体管路的前两阶振型为前后管段沿着管道的纵向发生的扭动,第3、4阶振型则为前后管段沿着管道的横向发生的扭动及阀体法兰部件的略微振动。阀体管道的振动加速度在轴向上,主要是出口法兰上的声压级值更大,在纵向上,则是进口法兰的声压级值更大。此外,球阀的开度对于阀门声压频谱特性的影响较小,主要体现在峰值上的变化,其最大声压级值为80%开度时3000 Hz下的76.5 dB。

基于IVMD-SVM的冰箱声振故障诊断方法

针对冰箱生产中因工人安装失误造成的声振异常的问题,提出一种基于改进的变分模态分解-支持向量机(IVMD-SVM)的冰箱声振故障诊断方法,实现冰箱声振的故障自检。首先使用采集器获取不同工况下冰箱声振信号,然后对声振信号进行变分模态分解,特征提取等预处理得到特征数据集,并将其划分为训练集和测试集,接着使用训练集训练SVM模型,最后将训练好的模型应用测试集,输出故障识别结果。结果表明该方法有较高的诊断准确率(95.6%、96.8%),是一种适用于实际工况的冰箱声振故障诊断方法。