无限长FFS圆柱壳体远场辐射声压的参数研究

该文以无限长 F FS( Fluid F illed/Subm erged)圆柱壳体的远场声压谱为研究对象 ,利用波数域法建立了在集中载荷作用下 ,无限长 F FS圆柱壳体的径向波数域振动速度计算公式 ,进而利用边界积分方程求得了该类壳体的远场辐射声压表达式。这里的流体为一维轴向、无旋、无粘的匀质流体。并利用这个理论模型 ,研究了流体类型 (轻质、重质 ) ,流体速度 ,壳体阻尼 ,力的作用方向 (径向、切向、轴向 )等参数变化对无限长 FF S圆柱壳体声辐射的影响规律 ,旨在为工程中大量存在的输流管道减振降噪优化设计提供指导原则。数值模拟结果表明 :对于声波逆流传播 ,随着流速增加 ,远场辐射声压增加 ;对于空气这种轻质流体 ,其流动对壳体远场辐射声压影响较小。而增加圆柱壳体的结构阻尼 ,可以有效降低其远场辐射声压。该文的研究结果对农机和加工设备的低噪声优化设计有一定的参考价值。

有限浸深圆柱壳振动及远场声辐射的解析方法

[目的]针对目前对于自由液面影响下圆柱壳—流场耦合系统振动及声辐射解析研究的匮乏,提出一种有限浸没深度下有限长圆柱壳振动及远场声辐射的解析求解方法。[方法]采用镜像原理和Graf加法定理得到流体速度势的解析表达式,然后再结合能量泛函变分方法推导出计及自由液面影响的壳—液耦合振动方程,从而可以求解系统受迫振动响应。[结果]研究表明,相比于无限域,自由液面的存在会增大同阶次共振频率,但随着浸没深度的逐渐增加,均方振速很快趋于无限域工况。与Nastran软件计算结果对比表明所提出的方法准确、可靠,且具有方法简便、计算量小的优点。利用求得的振动响应,通过傅里叶变换和稳相法可得到远场辐射声压,计算结果表明,自由液面会使得远场声压指向性和波动性出现类偶极子效应;但是不同于振动特性,远场声压并不会随浸没深度增大而很快趋于无限域工况。[结论]所提出的方法实现了外力激励下计及自由液面影响的水下圆柱壳远场声辐射快速预报,对于半空间结构声振问题的研究具有一定的指导意义。

单侧声带振动的远场声压研究

根据单侧声带的生理结构和振动特性,提出单侧声带振动模型。运用声学基本理论,采用瑞利积分,计算了此单侧声带模型振动的远场声压分布,仿真数值计算了声压分布规律,并与正常声带模型辐射声场的声压进行比较。结果表明,在音频范围内,在声带空隙宽度相同的条件下,声压比值几乎不随方向角的改变而改变。而在方向角相同情况下,声压比值随着孔隙的增加呈线性下降。

均匀流中单向加筋平板远场声辐射特性研究

本文从最简单的光滑平板开始,建立其均匀流中振动和声辐射的理论模型,给出研究声振耦合系统的基本思路;然后以此为基础进一步开展结构稍复杂的单向加筋平板声振特性理论研究,建立研究均匀流中单向加筋平板声振特性的基本理论模型和计算方法,为更复杂的舰艇结构声振特性研究奠定基础。数值研究中先通过有效分析和收敛性分析验证所建立理论模型的有效性及级数解所需项数,在此基础上再分析流速、材料属性以及结构尺寸对均匀流中单向加筋平板远场声辐射特性的影响规律。

水中目标自由场声辐射特性还原及远场声辐射热区识别

获取水中目标的声特性对目标识别和分析十分重要。为解决水中目标声特性测试中自由场条件难以实现的问题,消除结构表面能量流对远场声辐射热区识别的干扰,提出结合基于边界元自由场还原技术和表面贡献法的声场分离技术,实现水中近场非自由场环境中获取水中目标的声特性和识别远场声辐射热区。数值模拟结果表明:非自由环境下基于边界元的声场还原方法还原得到的声场声压、声功率等特性,与直接在自由场获取的结果基本相同;进一步利用表面贡献法过滤掉循环于振动结构表面的能量流,能够在近场识别远场辐射热区。该方法突破了测试环境限制,可大幅降低测试费用,具有一定的工程应用价值。

一种基于Hadoop实现的远场声压预估系统

论文介绍了一种基于近场噪声监测的远场声压预估方法,讨论了影响该方法预测鲁棒性的主要因素——条件数的影响,并且提出了基于奇异值分解(SVD)的改进计算方法。在此理论基础上,本文开发了一个分布式计算的远场声压预估系统:首先采用Hadoop Streaming工具与python结合的方式,建立了基于MapReduce模型的分布式计算平台;然后在该平台上实现了这种改进的远场声压预估算法,进而实现了分布式计算和科学计算的有机结合;最后搭建了实验所需环境,并在该环境下对预估的结果进行了分析。

基于表面贡献法的船壳远场声辐射热区识别

对舰船水下远场声场的声辐射热区进行识别可为后续降噪工作指明方向。舰船外壳表面振动的不同位置之间具有复杂相位关系,其近场声场和远场声场有很大不同,导致使用表面有功声强进行远场声辐射热区定位并不准确。本文尝试使用声能量表面贡献方法对某巡逻艇船壳表面的远场声辐射热区进行识别。表面贡献方法在振动结构表面构造了一个和位置相关的正值,表示对应小块面积对声场的绝对贡献。使用表面贡献方法,本文准确地标示出船壳表面的远场声辐射热区,这一尝试展现了表面贡献方法在舰船降噪中的应用前景。

基于波数变换法的复合材料加筋板远场声辐射特性

为开展剪切变形加筋层合板远场声辐射特性研究,首先基于分层位移模型以及声学波动方程,建立声固耦合运动方程;通过傅离叶变换及泊松公式,得到波数域位移解;结合稳相法,给出单位简谐激振力作用下加筋层合板的远场辐射声压表达式;然后以各向同性结构为例,分别与基于经典层合板理论以及一阶剪切变形理论的计算结果相比,验证该理论模型有效性。最后讨论加强筋、激振位置、材料类型以及铺设角度等参数对加筋复合结构远场辐射声压及其指向性的影响。数值结果表明:激励力作用在强筋上能有效降低结构远场辐射声压,并显著改变声压指向性;角铺设方式有利于降低远场辐射声压级,可通过设计铺设角来进一步优化结构的振动噪声水平。

有限浸没深度无限长圆柱壳辐射声场波动特性

研究水下圆柱壳声辐射问题时常常将流体声介质假设为无限域,而在实际工程中流体为存在自由液面的有限域。针对此假设的不足,基于Flügge薄壳振动方程和Helmholtz方程,利用镜像法和汉克尔函数的加法定理建立自由液面以下有限浸没深度处圆柱壳结构与声场的耦合振动方程,研究辐射声场中辐射声压随浸没深度的波动特性。研究表明,不同频率下远场辐射声压随浸没深度的变化曲线上,波峰之间的距离为流体声波波长的1/2。研究结论可为实际工程应用提供理论基础。

压电MEMS超声换能器阵列声场研究

研究了一种基于微电子和微机械加工技术的六边形压电超声换能器阵列。依据活塞声源辐射声场特性,采用瑞利积分法计算了方形膜声压及指向性函数;运用惠更斯原理,仿真模拟了阵列远场声压分布。理论分析了阵元边长、阵元中心间距和阵元数目等结构参数对阵列波束宽度、方向锐度角和旁瓣级的影响。结果表明,该阵列模型不仅能完全消除栅瓣,有效抑制旁瓣,减小主瓣宽度,且在低频(约10kHz量级)范围有很高的指向性。通过优化阵列参数,可获得最佳的声压分布,进而为阵列设计和声场分析提供理论参考。

菱形声带振动模型远场声场特性研究

根据声带的生理结构和振动特性,提出用换能器来模拟声带振动。依据活塞声源辐射声场研究特性,提出中间开孔的菱形声带的振动模型,运用声学基本理论,采用瑞利积分法计算了声带模型振动的远场声压分布及指向性公式,仿真数值计算了声压分布规律,并分析了此声带模型辐射声场的指向性。结果表明,在音频范围内,声带宽度相同时,即在改变模型空隙宽度条件下,此声带模型声源的辐射远场声压分布与理论相符。

正八边形活塞声源辐射声场的指向性研究

建立了正八边形活塞声源模型,求出了该声源的声压分布函数和指向性函数.利用Matlab对声源的指向性进行了三维和二维仿真,并与正四边形活塞声源指向性对比,得出了正八边形活塞声源辐射远声场的指向性特点.为正八边形活塞声源的应用和其他声源的指向性分析提供了一定的参考.

井中偶极声源在横向各向同性地层中的辐射波场

研究井中声源在地层中的辐射特性对发展井下探测技术具有重要的意义,而井孔周围地层的各向异性对弹性波激发的影响不容忽视.本文从井中偶极声场积分表达式的远场渐近隐式解出发,借助相速度与群速度之间的转换关系,得到了井中偶极声源在各向异性地层中的辐射指向性与辐射波场,并深入研究了声源激发主频与各向异性对偶极辐射特性的影响.结果表明:与各向同性情况相比,SH波在辐射波场中依然占据主导地位,但各向异性的存在导致其优势辐射频率向低频移动;qP波与qSV波的井外辐射波场均包括qp和qsv两种分量的贡献;在特殊各向异性地层中,qP波与qSV波的qsv分量会呈现出三叉区与幅度奇异值.本文的结果可以为井外全波场的观测以及偶极声波远探测技术在各向异性地层中的应用提供理论支持.

双层加肋圆柱壳振动和声辐射研究

本文应用傅立叶变换技术 ,对双层加肋圆柱壳进行了振动和声辐射研究 ,并获得了辐射声压的解析解。

球冠型换能器声辐射指向性分析

为了研究球冠型换能器的声辐射特性,在分离变量法求解球面坐标系下波动方程的基础上,采用基于球谐基傅里叶变换及边界条件的求解模型,给出了球冠型换能器声辐射的远场声压计算表达式和远场指向性表达式;仿真计算了球冠换能器的远场指向性随球冠极角、球半径及振动频率变化的特性,球冠所在球障板的直径和介质中声波的波长比决定着球冠声辐射指向性,在低频或波长大于球障板直径时,球冠声辐射呈无指向性,随着频率的增高即波长的减小或者球障板直径的增大,球冠声辐射的指向性越明显,波束开角越趋向于球冠的开角,而且波束开角内出现波浪状起伏越明显;试制了高频球冠型换能器基阵,测试了换能器基阵300 kHz的指向性,测试结果与理论计算相符合,验证了理论计算表达式的正确性,可为设计球冠型换能器及基阵提供理论指导。

超声相控阵技术中的声场仿真

从单个矩形压电晶片的辐射声场表达式出发,定性分析了主要因素对声压强度及指向性的影响,提出了最小化主瓣及抑制栅瓣的具体方法。以16晶片相控阵探头为例,推导了叠加声场的表达式,分析了合成声压与焦点和换能器距离的关系。仿真并讨论相控阵探头晶片单元个数、晶片间距等因素对合成声束质量的影响,仿真结果与理论分析相吻合,为矩形相控阵探头声场评价及高性能相控阵探头的制作提供了参考。

球源空间均匀分布阵的空间辐射场特性研究

定义了球源空间均匀分布阵的概念,从理论上推导了球源空间均匀分布阵远场声压和指向性公式,分析了它们与场点的位置、球源个数、相邻球源中心间距、波数及球源表面振速等因素的关系。并且对它们的关系作了仿真实验。在理论与仿真分析的基础上,给出了球源阵的设计原则:(1)根据球源空间阵大小的实际需要,确定球源个数和布阵方式;(2)球源本身的半径或体积尽可能选小一些,这样可减小阵的体积,以便尽可能增加球源个数并增强指向性;(3)在球源半径一定的条件下,相邻球源中心间距应尽量减小,最小到为球源直径的两倍。

偶极声源在裸眼井及套管井外的横波辐射特征

偶极横波远探测技术作为近年来发展起来的一门地球物理测井技术,一个重要应用前景就是在裸眼井和套管井测井时寻找井外地层中的油气构造.本文从井中偶极声场积分表达式的远场渐近解出发,对裸眼井及套管井中偶极声源的辐射场进行了对比分析,首次得到了偶极声源在不同声源频率和不同地层类型下的辐射特征.并深入研究了套管井中偶极声源的SH横波远场辐射特性,给出了不同耦合情况下的SH横波远场辐射特性的变化规律,对比了套前套后SH横波远场辐射的异同.结果表明:井中偶极声源的远场辐射特性受声源频率和地层类型影响较大;在套管井中,偶极声源辐射到地层中的横波能量也可以进行远探测,尽管与裸眼井情况相比,辐射能量会有所降低.本文的结果为偶极横波远探测技术的应用提供了理论支持.

多极声源在裸眼井外的纵横波辐射特性

声波远探测方法已逐渐成为石油测井的一门重要应用技术,声源向井外地层中的辐射特性是远探测声场的主控因数。推导了单极、偶极和四极子声源的远场位移渐近解与辐射指向性公式,模拟分析了低频和常规测井频率下多极子声源在井外地层中的辐射图样,优选出不同声源辐射到地层中的优势波类型,并对比了不同频率下优势波指向性的变化规律。结果表明:单极辐射P波和偶极辐射SH横波在各自的辐射声场中占据了主导地位,它们对应的最佳激发频段分别在10 k Hz和4 k Hz左右,而在四极子声源的辐射声场中,P波和SH横波的指向性相近,均优于SV横波,且两者在7 k Hz左右达到最佳,为多极子声波远探测技术的应用提供了理论支持。

近水面双圆柱壳耦合声散射研究

文章针对小水线面双体船水下片体结构的声辐射特征,建立了近水面双柱壳的耦合声散射模型,通过对双片体结构与水面间耦合散射声场的数值计算,分析了双片体结构参数和水面镜面效应对散射声场的影响规律,提出了相应的噪声控制建议。