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。

结构振动模态声辐射理论及试验研究

从结构振动声能辐射的一般规律、自由声场的能量分布及传送方式和结构振动模态原理入手,对结构振动模态的声能辐射与外加激励,模态参数间的关系进行了理论推导和研究.得出,当激振点不变时,激振力级的变化与振动模态辐射的平均声压级成线性关系;若激振力不变,振动模态辐射的平均声压级与模态振型元素级成线性关系.对以上结果在自由声场中试验验证.理论值与实测值基本相符.

基于声辐射复模态的板声源声场分离方法

噪声环境下目标声场的声学量测量一直是声学研究热点之一,而声场分离技术则是解决该问题的重要手段。针对板球2个异构声源的叠加声场,本文提出了一种基于声辐射复模态的板声源声场分离方法。首先计算目标板声源和干扰球声源的声辐射复模态和对应的基向量,再通过测量声压计算每阶基向量的独立贡献,然后对其进行顺序重排和截断选取,最后求解分离系数得到目标声场。数值仿真表明,无环境白噪声时,目标声场的分离误差小于0.01‰;当白噪声水平SNR=25 dB时,声场分离误差小于10%。此外,声源间声压比、环境白噪声水平、被选阶次的数目、测点数目和测量面形状等影响因素都得到了分析。

轻/重流体介质中振动板声辐射模态下的声辐射阻尼研究

从能量的角度定义声辐射阻尼为结构振动一周内系统以声波形式耗散的能量与结构振动总能量的比值,将辐射声功率分解到各声辐射模态下,基于模态声辐射阻尼定义,建立FEM/BEM耦合数值模拟方法和相应的计算机程序,研究了振动板在轻/重流体介质中的声辐射模态、模态辐射效率、辐射阻尼和模态声辐射阻尼。研究结果表明轻/重流体中辐射模态基本相似,重流体中第一阶模态辐射效率远大于其他各阶模态辐射效率;低频时结构第一阶模态声辐射阻尼与总的声辐射阻尼接近,重流体中的第一阶模态声辐射阻尼在总的声辐射阻尼中占绝对优势,其他各阶模态辐射阻尼比重很小。

利用PVDF设计两维简支结构声辐射模态传感器

PVDF(polyvinylidenefluoride聚偏氟乙烯 )是一种新型的压电高分子材料 ,它不仅密度低 ,而且具有较强的压电性 ,机械性、可塑性好等特点 用特定形状的PVDF薄膜作为误差传感器 ,将它贴在结构体表面上时 ,对系统产生很小的影响 笔者在声辐射模态理论以及两维分布式压电传感器方程的基础上 ,利用PVDF独特的积分特性 ,以简支矩形板为例 ,设计了PVDF压电薄膜传感器用于测量简支板第一、二阶声辐射模态伴随系数 并在理论上进行数值分析比较可知 。

有限元与声辐射模态的薄板声辐射灵敏度分析

采用有限元与声辐射模态方法研究了薄板声辐射的灵敏度。应用有限元方法求出结构的速度分布后,利用Rayleigh积分求出薄板的声压,然后将薄板的声辐射功率表示为薄板速度分布的正定厄米特二次型;将薄板的声辐射功率对设计变量求偏导,薄板声辐射的灵敏度转化为阻抗矩阵的灵敏度与速度分布的灵敏度,最后通过声辐射模态理论和有限元方法可以分别求出结构阻抗矩阵的灵敏度与速度分布的灵敏度。以四边简支的薄板作为数值算例,对所提出的方法进行了验证。

对声辐射模态的讨论

提出利用声辐射模态结合结构模态研究声辐射问题 ,并且从物理和数学意义上对声辐射模态进行了解释。用声辐射模态研究外部声辐射的主要优点在于消除了结构模态中复杂的耦合项。本文以简支矩形板为例 ,通过瑞利积分公式计算了其在不同频率下的辐射效率 。

基于分层理论的层合板结构声辐射模态传感器设计

在低频时控制振动板结构的声辐射模态幅值是降低结构辐射声功率的一种有效策略。提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量复合材料层合板结构声辐射模态幅值。通过聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)传感器阵列输出信号设计加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为所需结构声辐射模态幅值。加权系数取决于复合材料层合板结构振动模态表达式。由于复合材料层合板结构复杂动力学特性,通过分层理论结合有限元法得到离散结构模态值,并对有限元离散结构模态进行最小二乘法的曲线拟合,从而得到层合板结构振动模态表达式。数值结果表明该方法计算层合板结构模态以及PVDF声辐射模态传感器设计是可行的。对试验数据进行分析比较。

基于声辐射模态的声场重建中的测点优化方法

少测点条件下,利用声辐射模态理论重建声场时,测点布置方式是决定声场重建精度的一个关键因素。为求得最佳测点布置方式,提出了一种基于声辐射模态的最优测点选择方法,即基于声辐射模态矩阵的奇异值分解,采用循环迭代的方式,逐次去除对其最小奇异值最敏感的测点,从而得到了一组使重建方程条件数最小的测点。实验结果表明,利用文中提出的最优测点选择方法布置测点,能够对声场进行有效的重建,重建效果优于均匀布置方式,显著提高了声场重建精度。

结构振动模态和声辐射模态之间的对应关系及其应用

声辐射模态和结构振动模态之间的内在关系一直缺乏有效的证明。该文证明并揭示了结构振动模态和声辐射模态之间的对应关系,而且对该关系的有效性和实用性进行了验证。首先从声辐射模态和振动模态的概念出发,利用结构振速的模态叠加特性,建立了两种模态之间的联系方程式；在此基础上根据各种模态形状的对称或反对称性推导出两种模态之间的对应关系；然后对其进行了数值仿真验证。研究表明：对于简支矩形平板而言,在低频范围内,奇-奇振动模态对应的主导声辐射模态是第1阶；偶-奇模态对应第2阶；奇-偶模态对应第3阶；偶-偶模态对应第4阶。最后将这种对应关系应用于结构声辐射有源控制中,通过对主导声辐射模态进行抵消,取得了很好的控制效果。

声辐射模态和球谐波函数在球源声场重建中的比较

声辐射模态和球谐波函数在球源声场重建中均有应用,两者具有很多相似性,都具有相同的多极子辐射模式和"群组"分布特性。有观点认为球形声源的声辐射模态向量即为球谐波函数,但两者的内在关系一直缺乏有效的证明。为分析两种基函数的相似性及在球源声场重建领域的差异,在理论上建立了两者的内在联系,在应用上比较研究了基于两种基函数的声场重建方法的有效性和可靠性。数值算例结果表明,在中高频段时基于两种函数的声场重建效果相当,但在低频段尤其是存在干扰源的非自由场条件下的声场重建应用中,基于声辐射模态的声场重建方法能得到更高的重建精度。可见,声辐射模态具有较为明显的声场重建优越性,这为利用声辐射模态和球谐波函数进行球源声场重建提供了理论参考。

含损伤加筋板结构声辐射模态变异研究

本文采用声辐射模态的有关理论,用结构的声辐射模态参数来表征结构本身的固有声辐射特性。以加筋板结构为例,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的声辐射模态。基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应。各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用Kachanov理论,引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数。考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及声辐射模态的影响。文章建立了一种含损伤结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索。

基于声辐射模态有源控制的误差传感器设计方法

为了获取有源结构声学控制系统中的误差信息,提出一种基于声辐射模态的误差传感策略来测量振动结构前几阶声辐射模态伴随系数。在低频时,控制前几阶声辐射模态伴随系数可以有效控制总声功率。通过在振动平板上测量少数点的振动速度分布,求解声辐射模态展开构成的欠定方程组,得到前Ⅳ阶声辐射模态伴随系数近似值,以此近似值作为基于声辐射模态有源控制策略对应的误差传感器信号。以四边位移为零的振动板为例,对上述误差传感策略进行分析讨论。仿真和试验结果都表明误差传感策略是可行的,所获得的前N阶声辐射模态伴随系数具有较高的精度。

基于声辐射模态的有源结构声传入及其辐射控制

从辐射模态的概念和角度研究利用结构误差传感方法对弹性封闭空间结构声辐射进行传感和有源控制。首先分析了辐射模态的数学和物理意义并揭示了辐射模态与声腔模态之间的内在耦合关系。通过声辐射模态建立了弹性封闭空间结构声辐射传感和有源控制模型,并提出了通过传感器阵列测量结构表面有限点的振速分布和设计特定的辐射模态空间滤波器来获得控制所需的误差信号。在此基础上对封闭空间结构声辐射有源控制和误差传感策略进行了深入的理论和数值仿真分析,重点讨论了传感器的数量和布放对辐射模态传感及其有源控制效果的影响。结果表明:辐射模态与声腔模态的耦合具有严格的选择性,各阶辐射模态的形状和与相耦合的主导声模态在耦合面上的形状非常相似;利用结构传感技术传感封闭空间的辐射模态时测点不足或空间采样不足将可能产生较严重的模态泄漏问题,使得不希望的结构模态泄露进所测的辐射模态当中来。在低频范围内,一般只需传感并最小化前三阶有效辐射模态声势能,在更低频和空间声模态频率附近,只需最小化前一阶最有效辐射模态声势能,便能和总声势能最小化策略控制效果基本一样。

基于声辐射模态理论的声场分离技术（英文）

为了消除复杂声场中干扰噪声对于近场声全息重建精度的影响,该文提出了一种基于单层阵列测量的声场分离技术。当目标声源和干扰噪声源为相干声源时,利用源强密度声辐射模态分析理论建立了声源与辐射声场的数学关系模型,通过对单层阵列测量的声压数据进行空间重采样得到两组子数据,构造各组子数据与目标声源和干扰噪声源的声辐射模态之间的数学公式,再求解公式中目标声源的各阶声辐射模态的展开系数,可重构目标声源在阵列处的声场响应,达到声场分离的目的。刚性脉动球声源与刚性脉动球干扰源、平板声源与刚性脉动球干扰源的数值仿真及对影响该方法的相关参数进行了详细研究,相关结果表明该方法具有较好的有效性和正确性。

通过PVDF传感器测量振动板结构的声辐射模态伴随系数

基于声辐射模态理论进行ASAC控制系统中的一个重要内容就是获得声辐射模态伴随系数。以简支板为例,设计了一种新的PVDF(POLYVINYLIDENE FLUORIDE聚偏氟乙烯)压电传感器,用来测量板的前3阶声辐射模态伴随系数。由仿真计算结果表明,在中低频率,测量第一阶声辐射模态伴随系数时,只需要在板布置两条PVDF传感器即可;测量第二、三阶声辐射模态伴随系数时,可在板上布置多条传感器能得到比较精确的结果。同时PVDF传感器测量的结果与理论相符,说明这种新型PVDF压电传感器的设计是可行的。

基于时域声辐射模态的结构噪声主动控制研究

以简支矩形板为例,提出了利用时域声辐射模态进行声辐射研究,并从物理和数学意义上对时域声辐射模态进行了解释。研究表明时域声辐射模态既与时间无关,也互相独立,使得计算和控制声功率得以简化。针对瞬时声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定的特点,在时域里进行结构噪声的主动控制研究,通过抵消第一阶辐射模态的声功率使得总的声功率得以有效降低。在此基础上,建立基于最小二乘算法的自适应反馈控制系统,进行仿真计算,结果证明了主动控制策略是有效的。

利用高分子压电薄膜设计声辐射模态传感器

首先对声辐射模态进行改进,使声辐射模态形状在中、低频时与频率无关。然后在此基础上,以振动梁为例,提出通过设计特定形状的高分子电压薄膜作为传感器测量声辐射模态的伴随系数。实验结果表明这种声辐射模态传感器的设计是可行的。

基于时域声辐射模态的结构噪声主动控制研究

以平板为例,在时域里对声辐射模态进行了初步研究.研究表明时域声辐射模态既与时间无关,也互相独立,使得计算和控制声功率得以简化.针对瞬时声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定的特点,在时域里进行结构噪声的主动控制研究,提出了新的主动控制策略,即通过抵消第一阶辐射模态的声功率使得总的声功率得以有效降低.在此基础上,建立基于FXLMS算法的自适应前馈控制系统,进行仿真计算,结果证明了主动控制策略是有效的.

基于声辐射模态模型求解声功率灵敏度

声功率灵敏度分析揭示了结构振动引起的辐射声功率与结构设计变量之间的关系。通过利用声辐射模态模型来处理声辐射环节,利用有限元振动模型来处理结构振动环节,从而提出一种新的声功率灵敏度求解方法。在带障板的加筋板声辐射模型中,采用较常用的瑞利积分模型处理辐射环节的方法对其进行了验证。最终验证了该方法的可行性。