圆柱壳体振动声辐射效率数值计算分析

利用有限元、边界元和统计能量分析方法并结合软件对圆柱壳体在流场中受激振动及声辐射效率作了数值计算分析研究。利用ANSYS软件计算壳体的模态及其在流场中受点激励时的振动响应。然后结合SYS-NOISE软件和AUTOSEA软件分别计算壳体在流场中声辐射效率在低频段和高频段时的频率响应。从而建立一套圆柱壳体在流场中振动声辐射效率在全频段的数值计算分析方法。

薄板低频声辐射效率的研究

由声辐射效率的模态分析方法，对一矩形简支薄板，利用有限元分析得到模态参数和振型，获得了其在低频（０～２００Ｈｚ）范围内各阶模态的辐射效率，并在单点简谐激励的条件下，通过对结构辐射效率表达式的计算分析，提出了一种低频结构辐射效率的近似计算方法．同时还比较了激励位置对结构辐射效率的影响．

复杂结构的声辐射解耦及其声辐射效率分析

提出一种用边界元方法与声辐射理论求解复杂结构的声辐射模态与声辐射效率的理论方法。先将结构的声辐射功率表示为一个正定的厄米特二次型 ,运用广义特征值分解求解了复杂结构的声辐射模态 ,然后利用声辐射模态关于阻抗矩阵与均方速度耦合矩阵的正交性 ,求解了复杂结构的声辐射效率 ,最后用具有解析解的脉动球与辐射立方体验证了该方法的有效性。

4100QB柴油机齿轮室盖声辐射效率试验研究

使用离散法对4100QB柴油机齿轮室盖的声辐射效率行了试验研究。对比了激励安装钢板和激励齿轮盖两种方式下所测声辐射系数的差异,探讨了激励点位置对齿轮室盖声辐射效率的影响;测量了3种不同结构的齿轮室盖声辐射效率,研究齿轮室盖结构变化对声辐射效率的影响规律,指出齿轮室盖刚度增加使600～1000Hz频率范围内的高声辐射效率区域变窄,声辐射效率降低,在1000～2000Hz频率范围内使高声辐射效率区域变宽,辐射效率值增大。研究表明,在分析罩盖类零件的噪声问题时,需要重视结构变化对零件声辐射效率的影响。

加筋矩形薄板的平均声辐射效率

采取工程等效的方法研究了四边简支矩形加筋薄板的振动与声辐射,推导了点力激励下的平均辐射效率计算公式,并进行了数值仿真和实验验证。理论分析与实验的一致性表明:四边简支情况下矩形加筋薄板与匀质矩形薄板和圆薄板的平均辐射效率公式相似,可以采用模态辐射效率加权平均的方法等效。在中高频段,纵横双向加筋薄板的平均声辐射效率最高,单向加筋薄板次之,匀质平薄板最低;而在低频段及临界频率以上,三种结构平均声辐射效率相差不大。

圆板轴对称弯曲振动的模态声辐射效率

采用将声强对辐射面积分的方法获得轴对称弯曲振动圆板在固定、简支及自由边界条件下的模态辐射声功率,进而获得其模态声辐射效率。采用高斯-勒让德数值积分法计算出固定、简支及自由边界条件下圆板的模态声辐射效率的数值解,并将同阶模态三种不同边界条件下的圆板声辐射效率进行了对比。结果表明(:1)圆板的模态声辐射效率在全频段内大体呈现随着振动频率的增高而增大的特点(;2)低频时,圆板的各阶模态声辐射效率接近于零,并且模态阶数越高,低频段模态声辐射效率接近于零的频段范围越宽(;3)对于不同阶模态及三种不同边界条件的圆板,当媒质中的声波波数大于等于板中的弯曲波波数时,板的模态声辐射效率趋近于1(;4)对于固定及简支圆板,中频段内n=1模态的声辐射效率远大于其它模态,而对于自由边界圆板,情况正好相反(;5)对于同阶模态,边界固定时圆板的声辐射效率最高,边界简支时的声辐射效率次之,边界自由时的声辐射效率最低。

水下结构振动与声辐射效率的研究

通过理论分析与模型试验,对水下结构的振动与声辐射进行了研究;讨论了影响声辐射效率的因素以及相应的水下声强测试分析方法;对某水下结构,依据声辐射规律。

多孔橡胶板声辐射效率数值研究分析

多孔橡胶板具有优良的隔声吸声性能,是减振和降噪的首选材料,而声辐射效率是描述其声辐射能力的一个重要参数。为了深入分析多孔橡胶板的声辐射性能,建立了可以表征多孔橡胶板特性的描述性模型,采用混合FE-SEA方法对尺寸为500 mm×500 mm×30 mm的多孔橡胶板声辐射效率进行了数值计算分析,研究了多孔橡胶板结构参数(开孔率、孔径宏观参数)和材料特性(杨氏模量、橡胶密度)对声辐射效率的影响规律。结果表明,不同参数在不同频段对声辐射效率的影响特性不同,对不同工况下多孔橡胶板参数优化具有一定理论指导意义。

动力吸振器对薄板声辐射效率的调控特性

薄(壁)板结构是飞机、高铁、船舶等工程中最常见的结构。薄板结构受到外部动力源的激励不可避免地引起振动噪声超标的问题。动力吸振器相比于表面加筋和敷设阻尼材料等减振降噪方法,具有参数可设计、频率针对性强等优势。然而,目前关于动力吸振器对薄板结构声辐射的调控特性分析并不充分,很多研究人员以及工程师笼统地认为,利用动力吸振器来减小薄板结构振动就可完全达到最好的抑制声辐射效果。实际上,动力吸振器对于薄板结构的声辐射效率的调控会直接影响其抑制声辐射的效果。本文研究了动力吸振器对薄板结构声辐射效率的调控特性,从理论上推导了含有动力吸振器的薄板结构声辐射效率计算方法,并利用数值计算方法分析了动力吸振器的声辐射效率调控特性。动力吸振器的安装,能对薄板结构在吸振器工作频率附近的模态振型和模态频率产生明显的调控作用,从而对声辐射效率产生调控作用。通过调谐动力吸振器的质量和频率,能够降低薄板结构目标模态的频率,或者改变对应的模态振型,实现对声辐射效率的抑制效果。

柴油机薄壁件表面辐射噪声的研究

采用表面振动法进行了柴油机表面辐射噪声的诊断,并对附加自由和复合阻尼的薄壁件进行了声辐射效率试验研究和整机试验。研究结果表明:油底壳、缸盖罩和齿轮室罩等薄壁件是柴油机噪声的主要辐射部件;附加自由阻尼的薄壁件声辐射效率与原状态相近,附加复合阻尼的薄壁件声辐射效率在中高频比原状态优越,而低频段却相反;附加自由阻尼的薄壁件降噪效果不明显,而附加复合阻尼的薄壁件在中低速具有较好的降噪效果。

车轮辐板开孔对车轮振动噪声辐射特性的影响

以我国地铁列车常用车轮为例,利用有限元软件Ansys建立辐板无孔及分别开4,6和8个孔共4种车轮的三维有限元模型;在用Block Lanzos法进行车轮模态分析的基础上,采用模态叠加法对车轮振动频响进行分析;利用声学边界元软件LMS Virtual.Lab Acoustics建立车轮边界元模型,并将车轮表面振动频响结果作为速度边界条件,采用直接边界元法分析车轮振动噪声的辐射特性.结果表明：在车轮辐板上开孔有利于降低20～800Hz中低频段车轮振动噪声的辐射效率,而且辐板上开孔数越多,中低频车轮振动噪声的辐射效率也越低;但是,辐板上的开孔数越多,800～2 000Hz车轮振动噪声的辐射效率也随之增加;随着辐板开孔数的增加,250～450Hz车轮振动噪声的辐射功率随之降低;辐板开孔会改变1 000 Hz以上高频车轮振动噪声的辐射功率主频;车轮振动噪声的辐射声场并不是简单的单极子声场,辐板开孔对车轮振动噪声辐射声场的指向性有较大的影响.

基于非协调边界元法的声辐射模态分析

利用非协调单元离散声学Helmholtz边界积分方程,采用极坐标变换法消除积分奇异性,通过CHIEF方法加Lagrange乘子法处理特征频率处解的不唯一性。在此基础上,应用非协调单元推导结构的声辐射功率和声辐射效率的表达式。以脉动球和辐射立方体为例,计算结构的声辐射功率、辐射效率、辐射模态、辐射模态效率等物理量,并与协调单元的计算结果做比较,取得较好的一致性。

振动加筋板的声辐射性能研究

推导点简谐力激励下加筋矩形板的平均声辐射效率计算公式并进行了数值仿真,分析结构参数对加筋板平均辐射效率的影响规律。研究结果表明:在点简谐力激励下,四边简支加筋矩形板的平均辐射效率等于各阶模态辐射效率关于其均方振速的加权平均值;中高频段,加筋矩形板筋条高度越高、筋宽越宽、筋间距越小、材质刚度越大,其平均声辐射效率越大。

降低四边固支矩形板声辐射的方法和实验验证

由结构振动引起的辐射声是生活中广泛存在的噪声,而声辐射效率是评价结构声辐射能力的重要指标,根据声辐射相关理论推导四边固支矩形薄板的声辐射效率计算公式,通过合理选择振型基函数编程求解结构模态的声辐射效率,指出抑制奇-奇模态的振幅可以有效降低平板声辐射。最后通过对固支矩形平板的振动模态测试和隔声能力测试验证了奇-奇模态是声辐射主导模态的结论。

矩形板在临界频率处的声辐射特性分析

首先建立无限大薄板的声辐射模型,分析其在不同振动频率下的声辐射效率,进而分析有限大矩形板的声辐射效率随激振频率的变化规律,并从相元的角度探究矩形平板在临界频率附近的声辐射效率趋近于1的原因。结果表明,若将板表面划分成活塞小单元,随着频率的增大,对声辐射贡献的活塞单元越多,所以高频时结构的声辐射效率趋近于1。

Mindlin矩形板振动与声辐射研究

为了研究共振频率下不同激励力作用位置对板结构表面振速分布、外场声压分布、均方振速、辐射声功率和声辐射效率等声辐射特性参数的影响,首先建立简支边界条件下Mindlin矩形板的振动控制方程,然后利用模态叠加法以及Rayleigh积分法计算矩形板的声辐射特性参数。结果表明激励力作用在模态振型波峰或波谷位置时的声辐射特性参数要高于其它位置。研究结果可以为结构声主动控制提供一定的理论依据。

铁路32m混凝土简支箱梁结构噪声试验研究

以32m单线和双线单室混凝土简支箱梁为对象,通过噪声试验、结构有限元和声学有限元分析,研究箱梁结构噪声的声辐射特性、峰值频率产生的原因及评价方法。结果表明:列车通过桥梁时,离箱梁表面较远处的噪声级起伏不大,可采用稳态算法简化分析;混凝土箱梁的结构噪声主要分布在250Hz以下,且随频率的增加而迅速衰减,因此理论预测时可将250Hz作为截止频率;单线和双线箱梁的2个噪声峰值频率分别为63和160Hz,以及50和315Hz,二者均在第1个峰值频率处达到最大声压级,且此峰值频率处的噪声具有明显的有调性;不同箱室尺寸箱梁的结构噪声声辐射差异较大,车速并不是噪声的第一决定因素;混凝土箱梁结构噪声的峰值频率出现在声辐射效率和振动响应均较大处,因此应避免结构振动模态和空腔声学模态重合而导致空腔共鸣引起的噪声被放大;建议修订铁路噪声相关规范时,考虑混凝土箱梁低频结构噪声的危害。

开缝式圆管压电超声换能器研究

为提高圆管超声换能器的声辐射效率,提出一种新型开缝式圆管型复合压电超声换能器并对其振动特性进行了研究.该换能器由全波长夹心式压电超声换能器与开有狭缝的金属圆管纵向复合而成.基于弯曲振动理论,推导了开缝圆管辐射器与圆形端盖的弯曲振动频率方程,并对开缝式圆管复合压电超声换能器的振幅特性进行了数值仿真分析.研究结果表明:开缝式圆管的弯曲共振频率随其半径和长度的增大而降低,随其管壁及端盖厚度的增大而升高;此外,通过开狭缝的方式可使圆管辐射器获得较高的弯曲位移振幅和较大的体积形变量,使其在超声波液体处理技术领域更具应用前景.

流固耦合对油底壳振-声特性的影响研究

对于复合钢板油底壳进行了自由模态、约束模态以及流固耦合下湿模态的计算与试验,较高的一致性表明耦合模型是合理的.模态对比结果说明当油底壳盛油后,模态振型出现了变化,且整体模态频率降低.使用最小二乘法拟合了盛油前后油底壳的瑞利阻尼比例系数.结果表明润滑油对于复合钢板油底壳的阻尼影响不大.采用多体动力学计算了耦合与非耦合油底壳的振动响应,在整体幅值和变化趋势上与试验值较接近.耦合模型的振动响应在整体上略低于非耦合模型,但500Hz前的振动峰值更突出,尤其在330Hz附近.耦合模型在峰值频率和趋势上与试验值吻合得更好.进一步通过边界元法计算了两种油底壳模型的辐射噪声,结果显示考虑耦合后油底壳辐射声功率在3 000Hz内显著下降,仅在333Hz处有较高的峰值.

穿孔板声特性的数值模拟和试验研究

现阶段对穿孔板声学性能方面的数值模拟研究较少,通过数值模拟可以节约时间,降低成本,而且在穿孔板声辐射效率方面的研究依然处于空白。使用脉冲衰减法测试了穿孔板的阻尼损耗因子和数值计算了穿孔板两侧的传递导纳,以模拟小孔的特性。进而将这两个属性导入到穿孔板的边界元模型中,获得隔声量,与试验结果进行对比,吻合良好,验证此种仿真方法可以用来准确预测隔声性能。采用分离单元法测声辐射效率,弥补了传统方法的不足,测试结果可靠,表明此法应用于穿孔板声辐射效率的测试是可行的。