基于BEM/FEM耦合技术的柴油机外声场模拟技术研究

采用BEM /FEM耦合技术对某高强化V6柴油机结构的声辐射情况进行了模拟 ,得到了整机辐射声功率、辐射效率、主要部件对声学结果的贡献以及近、远场声压 (级 )、整机外场声强矢量分布等声学结果 ,为该柴油机针对减振降噪的结构声学优化提供了详细信息与重要参考。在此基础上 ,重点对主要声辐射部件—下曲轴箱的结构进行了修改 ,并对修改方案的声辐射情况进行了重计算。主要声学量的对比结果表明 ,在所研究的频率域内 。

BEM/FEM耦合螺旋桨静强度计算方法

[目的]螺旋桨强度的可靠性与船舶安全航行直接相关。为了快速且准确地计算螺旋桨强度,[方法]将边界元(BEM)和有限元法(FEM)耦合开发螺旋桨强度预报程序。运用低阶边界元法程序对螺旋桨进行水动力性能计算,并使用普朗特—许力汀平板摩擦阻力公式进行粘性修正,然后将计算得到的桨叶表面压力和粘性修正力作为有限元法结构计算的面力输入。针对螺旋桨结构形状的特殊性,发展实体螺旋桨有限元结构单元的自动划分方法,运用有限元结构计算方程计算出螺旋桨在表面压力和体积力作用下的应力与位移分布。以DTRC 4119模型桨为例,对提出的方法进行收敛性和网格无关性分析,并与文献的有限元软件计算结果进行比较,以验证其有效性。[结果]计算结果表明,提出的方法能够准确计算螺旋桨的应力和位移分布。[结论]该方法避免了人工建模及有限元网格划分的过程,具有实施程序简便、计算效率高等优点,可嵌入到螺旋桨的理论设计和优化设计过程中,形成快速计算螺旋桨强度的能力,提高螺旋桨设计的效率。

饱和地基水泥土复合桩近场主动隔振的BEM-FEM耦合分析

人工振动污染是当前城市发展过程中面临的一个难题,单排或多排桩是人工振动污染防治的一种重要方式。传统基桩施工容易造成泥浆污染、振动等各种负面环境问题,而水泥土复合桩是一种低振动、低噪声、无挤土、少排泥浆的新型基桩,特别适合在城区构建排桩屏障。针对饱和地基中单排水泥土复合桩的近场主动隔振问题,建立了动力机器基础环境振动影响的半解析BEM方程;在此基础上,分别采用半解析BEM对饱和地基、FEM对水泥土复合桩进行建模,根据饱和地基-水泥土桩接触面的平衡和相容条件,建立了水泥土复合桩近场主动隔振的半解析BEM-FEM耦合方程,给出了耦合方程稀疏矩阵的存储策略,并对单排水泥土复合桩的近场主动隔振效果进行了计算分析。研究结果表明:单排水泥土复合桩能够有效地对动力机器基础引起环境振动进行隔振;等长芯桩复合桩的隔振效果要优于短芯桩。单排水泥土复合桩的隔振效果随着桩数的增加而逐渐提高;较小桩间距并不一定取得更好的隔振效果,建议相邻桩桩间净距取2.0~2.5λ_(R)(Rayleigh波波长)。随着单排水泥土复合桩距振源距离的增加,屏障隔振效果逐渐降低,但降低幅度相对较小。此外,对水泥土复合桩而言,当内插预制桩的外轮廓尺寸相同时,预制芯桩型式对水泥土复合桩隔振效果影响相对较小,可根据实际工程条件选择合适的芯桩类型。

饱和地基中波阻板远场被动隔振的二维BEM-FEM耦合分析

国际上已把振动污染列入“七大环境公害”之一,而波阻板(wave impedance block,简称“WIB”)是低频环境振动污染防治的一种常用手段。针对饱和地基中建(构)筑物下方设置波阻板的远场被动隔振问题,分别采用饱和土半解析BEM对饱和地基和FEM对波阻板进行建模,最终建立了波阻板对入射Rayleigh波隔振的半解析BEM-FEM耦合方程,采用该方法计算分析了波阻板的远场被动隔振效果,并初步探讨了组合式波阻板(由多种材料组成的波阻板)的隔振效果。研究结果表明:在建(构)筑物下方一定深度设置波阻板能够有效降低波阻板上方地表的振动;地表屏蔽区域范围与波阻板设置范围基本吻合。减小波阻板埋深和增大波阻板厚度均能取得更好的隔振效果,而波阻板宽度对隔振效果基本无影响;实际工程设计时,建议波阻板埋深取0.2~0.4λR(λR为Rayleigh波波长)和厚度取0.2~0.3λR,宽度则根据被保护建筑尺寸确定。波阻板材料剪切模量对隔振效果影响较大,增加波阻板材料剪切模量是提高波阻板被动隔振效果最为有效的措施之一。此外,当波阻板由竖向多层材料组成时,建议采用上软下硬方式构建波阻板;当波阻板由多种材料水平分区组成时,地表隔振效果与其下方对应分区的材料性质相对应,可根据实际工程振动控制要求的不同构建多种材料分区的组合式波阻板。

基于FEM和BEM法的大型立式齿轮箱振动噪声计算及测试分析

根据某大型立式行星传动齿轮箱的结构和安装特点,基于FEM法建立了该齿轮箱的和有限元模型,对其进行了振动模态分析,计算了其模态频率和稳态不平衡响应;基于BEM法建立了该齿轮箱的外声场边界元模型,导入了齿轮箱振动稳态不平衡响应结果作为声学边界条件,对辐射声场进行了数值计算和仿真分析。通过对齿轮箱进行现场振动和噪声测试分析,得到的测试结果与理论计算结果较为一致,表明了理论计算的可行性和准确性。

加纵肋平底圆柱壳振动和声辐射的FEM/BEM研究

建立了两端带平底板的加纵肋圆柱壳水中声辐射计算的FEM/BEM三维模型,探究了加肋的高度、宽度、数目对平底圆柱壳表面平均速度、辐射功率、辐射效率、声场指向性的影响规律。计算方法是在有限元软件ANSYS中做加肋平底圆柱壳建模、模态分析基础上,将有关数据(网格、模态)导入边界元软件SYSNOISE中计算流体-结构耦合状态下的辐射声场特性。结果表明:(1)纵肋的高度、宽度以及数目增大都可以引起平底圆柱壳的表面平均速度、辐射功率、辐射效率随频率变化曲线峰的移动,同时使声辐射效率增大,但使表面平均速度、辐射功率变化不明显。(2)纵肋的高度、宽度增大都使低频声辐射中两端平底板的贡献量增大,而使研究频域内的高频声辐射在激励力的反方向上增强。当径向激励力作用在纵肋上时适当调整均布纵肋的数目可以改变平底圆柱壳辐射声场的指向性。这对于水下结构辐射噪声预报以及噪声抑制具有重要意义。

基于FEM/BEM法的内部声激励水下圆柱壳声辐射计算

联合有限元法和边界元法对流场中的圆柱壳点声源激励下的声辐射作了数值计算。利用有限元软件ANSYS分析了加筋圆柱壳的模态,然后将模态导入采用边界元软件SYSNOISE,计算了加筋圆柱壳结构在点源激励下的声辐射,预报了圆柱壳的内外场声压,得到了圆柱壳的声辐射功率曲线。

基于FEM和BEM的低噪声油底壳设计的研究

采用有限元和边界元相结合的方法进行柴油机油底壳结构振动和表面辐射噪声的预测,并通过实验验证了此方法的正确性。接着,运用此预测方法分别对结构加筋、采用复合阻尼材料和两者相结合3种改进方案进行了声学预测。结果表明:提高结构局部刚度,可以减小表面振动,降低噪声;采用复合阻尼材料则在中高频段有很好的降噪效果;但在复合阻尼材料的油底壳上加筋并不能取得更好的降噪效果。

弹性空间结构系统的BEM-FEM耦合分析

提出一种供弹性空问结构系统进行数值计算的BEM—FEM耦合分析方法,适用于对称的和非对称的结构,可以承受分布的或集中的荷载作用。结合大直径圆筒结构算例的计算分析,证实这一方法在求解无限域或半无限域介质中弹性空间结构系统时,是一种很有效的方法。

基于FEM-BEM的轿车车内低频噪声综合分析方法

使用NASTRAN和SYSNOISE软件,采用FEM声固耦合及FEM-BEM耦合方法对轿车车内低频噪声进行分析,并根据车身板件贡献量分析结果提出合理的结构修改方案,改善车内特定检测点的噪声状况。

边界棱边元FEM-BEM法在开域静磁场计算中的应用

为了解决电气工程与电磁散射和辐射领域中常遇到电磁场开域问题,对基于边界棱边元的混合有限元边界元法在开域静磁场计算中的应用进行了研究.在铁磁区采用标量磁位,空气区采用磁场强度矢量H,利用棱边单元离散边界面,将边界上H的切向分量用线性函数离散,法向分量设为常数.通过对不同媒质交界面处磁场连续性条件的处理,推导出铁磁区中的标量磁位与自由空间中的H在交界面处耦合的条件,进而推导出开域静磁场的有限元与边界元耦合算法.在以上分析的基础上编制了相应的FEM-BEM分析软件,采用MSC.Patran软件对铁磁体进行剖分,将剖分的体单元、面单元与节点的信息以文本的形式输出,然后用该软件进行读取.仿真计算的结果与解析值相比精度较高,说明本方法对开域静磁场问题有较好的适用性.

基于第一类Whitney基函数的三维FEM/BEM混合方法中积分的计算

给出了一种坐标变换方法,使基于第一类Whitney基函数的三维矢量有限元/边界元混合方法中积分的数值计算方便易行。利用三次坐标变换,将积分区域由任意的三角形区域变换成单位正方形区域,或由任意的四面体区域变换成单位正方体区域,从而混合方法中的积分可以方便地使用高斯-勒让德求积公式计算。通过数值实验对这种方法进行了检验。

基于FEM/BEM的燃料电池轿车结构声预测和控制

采用有限元(FEM)和边界元(BEM)联合的方法对燃料电池轿车车内结构声进行预测和控制研究,提出了基于FEM/BEM的车内结构声分析方法和流程,建立了车身有限元模型和声学边界元模型,施加实测的激振力计算声学响应,通过试验数据验证了仿真模型,并进行误差分析.提出板件声学贡献分析的指导原则,介绍板件贡献分析原理和方法,进行所关注频率的车身板件声学贡献分析.最后根据分析结果对车身板件采取约束阻尼处理等控制措施,通过虚拟验证改进结果,车内低频噪声明显降低,其中后座椅和前地板改进最明显,证明所提出方法的可行性,达到优化燃料电池轿车车内噪声的目的.

基于有限长FEM/BEM提取COM参量

介绍了一种理论提取耦合模式模型(COM)参量的方法。利用有限长有限法/边界元法(FEM/BEM)计算声表面波同步单端对谐振器的导纳曲线,根据导纳曲线与表面波色散特性相关的特征量,通过解析计算、单变量拟合、再次单变量拟合及两变量拟合4个步骤依次提取出全部COM参量。与传统方法相比,该方法简单、稳定、可靠。根据得到的COM参量对一种混合结构的滤波器进行了模拟,与直接使用FEM/BEM得到的结果符合较好,验证了所提取的COM参量的准确性。

共轭鼓形齿面接触分析的FEM与BEM的对比研究

共轭鼓形齿轮传动接触问题是一有待深入研究的课题，在原有研究成果的基础上，对共轭鼓形齿轮传动接触问题进行了有限元与边界元方法的对比研究，并通过一实例计算得到了有关重要结论．

基于FEM/BEM法的模拟舱室结构声辐射仿真与试验

针对机舱结构辐射噪声问题,基于有限元/边界元法,对模拟舱室结构进行辐射声场仿真与试验。首先建立模拟舱室结构的有限元模型,对模拟舱室结构进行模态试验,将仿真计算与模态试验进行对比,验证了有限元模型的正确性。然后进行模拟舱室结构的声辐射试验,得到模拟舱室结构内部的声压频响特性。最后在ANSYS中对模拟舱室结构进行瞬态响应计算,将结构受节点力激励的响应导入Virtual Lab中,采用间接边界元法计算空腔结构内部的辐射声场。仿真与试验有较好的一致性,表明该方法是正确、可行的。

加劲板BEM—FEM耦联动力分析

将加劲极分为薄板和结合梁（格栅）两部分，薄板部分用无奇点边界元法（ＢＥＭ）处理，而格栅用有限元法（ＦＥＭ）处理，分别建立各自的方程，然后根据板与梁之间的平衡和协调条件加以耦合，导出加劲板的自振特征方程，从而求解各阶频率和振型．本方法适于任意形状、任意边界条件的加劲板，且精度良好．

水下结构声辐射FEM/BEM简化计算方法研究

为提高水下结构声辐射FEM/BEM方法的计算速度,首先以节点位移作为中间变量对湿表面处结构和流体的运动方程进行解耦;然后,采用单元的外法向矢量来表示相关系数,并简化了积分奇异性的处理;最后,以脉动球和水下加筋圆柱壳为算例进行了计算,计算结果、理论结果与试验结果吻合较好,由此验证了方法的有效性。

Coupled BEM-FEM Analysis of the Large-Diameter Cylinder Structure System

A method of coupled BEM-FEM analysis for the elastic spatial structure system is presented. It can be applied to the calculation of the stress and deformation of the large-diamater cylinder structure system and it is suitable for symmetric or non-symmetric structures under the distributed or concentrated load. Numerical examples show that the proposed method and computer program BEFEM are quite efficient in the analysis of the large-diameter cylinder structure problems in ocean engineering.

无网格FEM-BEM法计算舱室空间声传递函数

对于舱室空间低频声场计算问题,通常采用有限元法(FEM)或者边界元法(BEM),但是当封闭空间内部存在其他物体,又需要考虑外部激励对内场的影响时,直接采用单一的前述方法不能满足建模计算要求,而且这些基于网格的方法在前处理、光顺化处理等方面都存在不足。针对这些问题,将有限元和边界元法结合,并将其无网格化,这对于封闭环境的声场预测是一种新的尝试。首先推导了无网格FEM-BEM计算模型,对微分方程的离散、形函数构造等细节进行了详细阐述,然后以实际算例对提出的方法进行了验证,结果表明,无网格FEM-BEM方法和SYSNOISE的计算结果保持一致;进一步与实测结果的对比表明,该方法在低频率范围内,各测点平均声压级相对误差在5.26%以内。这说明,该方法不仅适用于复杂问题的计算,同时还具有良好的计算精度。