高架轨道交通噪声的分析与控制技术研究

轨道交通是大城市公共交通方式的首选,其产生的噪声可能污染沿线地区的环境,高架轨道交通噪声的分析、预测和控制成为建造高架轨道交通必须解决的问题。首先用传声器阵列分析了上海轨道交通9号线列车噪声级沿高度的指向性,研究了各1/3倍频程对总噪声的贡献量,归纳了列车等效声功率级与列车速度的关系。然后建立了一套适用于高架轨道交通噪声辐射的预测模型,将列车视作一个移动的均匀线声源,采用单极子和偶极子传播模型拟合轻轨列车的通过噪声,并用高架轨道交通线附近的测量数据,验证了不同测点情形下模型的适用性,为预测高架轨道交通线的噪声辐射提供了一种实用方法。最后,介绍了新开发的道间声屏障和动力吸振阻尼钢轨技术,以及工程应用效果。

推进轴系纵向振动负刚度动力吸振器试验研究

[目的]针对推进轴系一阶纵向振动控制难题,采用碟簧负刚度动力吸振器进行振动控制并进行试验验证。[方法]建立推进轴系纵向振动负刚度动力吸振器试验台架,根据所需控制的轴系一阶纵振模态,设计并研制负刚度动力吸振推力轴承,然后开展不同转速、不同静推力、不同负刚度下的振动传递试验,从而获得推力轴承基座和轴系上的振动加速度响应数据。[结果]结果显示,所研制的负刚度动力吸振推力轴承能以1.6%的吸振器质量使轴承座上一阶纵振轴系的振动响应下降7.8 dB;在轴系固有频率变化5%、静推力变化40%的情况下,负刚度动力吸振器仍能保证3.3 dB的控制效果;在非最优负刚度下,不会恶化轴系和轴承座的振动响应。[结论]研究表明负刚度动力吸振可有效抑制不同转速下轴系一阶纵振处的振动传递。

篦齿封严冲击动力学建模与参数影响研究

在冲击载荷作用下,燃气轮机篦齿封严装置可能会与高速旋转的转子发生碰摩。为了揭示在不同冲击载荷和篦齿封严装置结构参数条件下,冲击输入对篦齿封严装置刚度和转子冲击动力学特性的影响机制,本文开展篦齿封严装置冲击动力学建模与参数影响规律研究。从封严环接触模型出发,将欧拉梁理论应用于单圆盘转子-封严装置碰摩模型,计算了封严环篦齿厚度、高度和初始间隙对接触刚度的影响,得到了转子的时域响应和轴心轨迹以及冲击响应的参数影响规律,为篦齿封严装置在冲击接触下的动力学特性研究提供了理论建模和分析方法参考。

湍流脉动激励下板结构辐射噪声的多模态压电分流振动控制方法研究

湍流脉动压力所引起的水动力噪声是高速航行水航行体的主要噪声源。针对湍流脉动压力激励下声纳平台结构的多模态振动控制问题,提出基于负电容压电分流被动控制方法的控制策略。采用四边简支流体加载平板结构模拟平台结构,湍流脉动压力模型使用Corcos模型。根据Hamilton变分原理建立流体-平板-多个压电分流电路系统的机电耦合动力学方程,以系统动能功率谱密度和辐射声功率作为评价指标,研究了不同来流速度下系统响应规律及不同压电分流电路的被动控制效果,针对不同控制目标确定了基于负电容-连通电路(CRLC)和负电容-电感-电阻并联电路(RLC)的控制策略。研究表明:负电容压电分流电路对不同来流速度下湍流脉动压力引起的简支板多模态振动有较强的控制效果;针对平板结构振动控制时,不考虑压电片数量限制时RLC电路控制效果较好;针对低频辐射声功率控制时,CRLC可使用单压电片达到控制效果,有效降低了水下航行体的水动力噪声。

基于主动艉支承的推进轴系横向振动抑制仿真与实验研究

提出一种基于主动艉支承的推进轴系横向振动传递控制方法,以抑制水下航行器的低频声辐射。该方法将传统的艉轴承支承方式由面支承改为点支承,通过六个主动作动器抑制螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递。建立包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体耦合系统动力学模型,分析系统振动传递特性及控制策略可行性;结合自适应控制算法,计算螺旋桨横向激励下的振动传递抑制效果。构建包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体实验系统,进一步验证控制方法的有效性。仿真与实验结果均表明主动艉支承对于螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递具有明显抑制效果,可有效降低壳体表面法向振动。

螺旋桨激励下船艉结构振动控制试验研究

[目的]对于船艉结构在螺旋桨激励下的振动控制问题,尝试采用隔振、阻振质量和阻尼涂层3种方法进行振动抑制。[方法]通过振动测试获得轴系-船艉耦合系统的振动传递规律,根据测试结果,针对艉后轴承结构实施振动控制,检验所提3种控制方法抑制振动的有效性。[结果]试验结果表明:受刚度变化限制,轴承座隔振降低中、低频共振峰值的效果有限;阻振质量对限制振动向艉部船体的传播比较有效;阻尼涂层对抑制中、高频振动峰幅值效果明显;3种控制方法的综合应用可使船艉结构的振动加速度总级下降6 dB以上。[结论]所得结果对螺旋桨激励下船艉结构振动控制具有一定参考价值。

基于一维等效模型的弹性平面索网隔振结构非线性振动响应特性研究

基于某型号卫星抑制动量轮扰动的需求,提出一种新型的采用弹性平面索网对动量轮进行振动抑制的隔振结构,将扰动源动量轮组件与承力筒基础隔离,以减小传递到承力筒处的扰动能量,保证安装在承力筒上的敏感载荷正常工作。利用实验验证了该结构的隔振性能并且研究了附属部件的对隔振效果的影响。在对索网结构进行分析时,发现其具有非线性特性,为研究其响应,建立了索网结构非线性振动的一维等效模型,研究其在受到简谐扰动力时的非线性振动特性;并且通过改变索网结构网格的疏密程度和预紧力等参数,研究其对索网振动特性的影响,从而指导结构的设计和参数优化。

双输入-单输出斜齿轮系统振动特性随非对称动力参数的演化规律

双输入-单输出斜齿轮系统是众多舰船动力推进装置的重要组成部分,由于非对称动力参数导致的系统非线性失稳现象不容忽视。本文在科学描述系统内部参数的基础上,通过系统分岔图、时域和频域曲线、相图、Poincaré截面等研究双输入-单输出斜齿轮系统的动力学行为,发现了丰富的非线性现象,研究过程揭示了系统的振动特性随非对称动力参数的演化规律。结果表明,增大系统的载荷比和载荷值,有利于减小系统的失稳区间,提高系统的运行稳定性。本文的研究对采用双输入-单输出齿轮结构作为传动装置推进系统的动力参数设计具有积极意义。

泵喷定子襟翼作动对转子非定常力抑制方法数值研究

[目的]转子非定常力是泵喷推进器轴系振动的主要激励源,其产生机理和抑制机理受转−定子干扰流动的影响,需研究其抑制方法。[方法]在泵喷推进器定子后缘引入襟翼结构,利用襟翼作动产生二次流动,改变转子入流条件,调控转−定子干扰流动,达到抑制转子非定常力的目的。以具有前置定子襟翼的Suboff全附体艇后泵喷推进器为研究对象,采用基于SST k–ω湍流模型的URANS方法和动网格技术建立可实现定子襟翼作动的数值模型。针对转子非定常力转子叶频分量的抑制,给出定子襟翼作动规律的表达式。[结果]结果显示,在襟翼作动最优控制下,泵喷的水动力性能变化不超过1%,转子轴向非定常力在转子叶频处下降了83.35%,单个转子叶片轴向非定常力在转子叶频处降低了81.80%;襟翼作动对定子尾迹与转子入流速度的调控是抑制转子非定常力的机理。[结论]研究表明,最优控制下的定子襟翼作动能够在保持水动力性能的同时使转子非定常力特征线谱得到显著抑制,可为泵喷推进器的叶频等线谱控制提供一种新的思路。

考虑界面滑移及局部紊流的船用艉轴承润滑特性研究

船用艉轴承常用高分子材料作为工作表面,润滑油在其与高分子材料的界面处具有极限剪应力,因此在高剪切工况下易发生界面滑移。同时,大型重载艉轴承偏心率较大,最大膜厚往往远大于最小膜厚,膜厚较大的区域可能发生局部紊流。为研究界面滑移和紊流对轴承性能的影响,本文提出一种考虑界面滑移和紊流的轴承分析模型,建立数值仿真流程,在此基础上分析界面滑移、局部紊流及两因素的耦合对轴承性能的影响。分析结果表明:界面滑移会降低轴承承载能力,减小最小膜厚,同时减小摩擦力;局部紊流则会提高液膜承载能力,增大其最小液膜厚度及摩擦系数;综合考虑两因素影响时,低速下界面滑移的影响占主导,随着转速升高,局部紊流对液膜厚度及摩擦系数的增大作用逐渐增强,逐步抵消界面滑移引起的液膜厚度及摩擦系数的减小。

第二十八届全国振动与噪声高技术应用学术会议征文通知

第二十八届全国振动与噪声应用学术会议定于2018年4月20-22日在上海交通大学闵行校区召开。本次会议由中国振动工程学会振动与噪声控制专业委员会和上海交通大学振动、冲击、噪声研究所联合主办，上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室、船舰设备噪声与振动控制国防重点学科实验室、北京东方振动和噪声技术研究所、上海市振动工程学会、上海市声学学会和中国通用机械工业协会振噪检测与故障诊断专业委员会承办。

家用电器风机噪声的一种等效声源建模方法

风机噪声是油烟机、吸尘器、电吹风等家用电器的主要噪声源,噪声管理是这类产品开发的关键。为缩短家用电器的开发周期,需要在设计阶段对产品进行噪声预测与评估。传统预测方法是对风机和系统整体建模,进行气动噪声流体-声学联合仿真(Computational Fluid Dynamics-Computational Aeroacoustics, CFD-CAA)。但该方法使声源与声传播过程相耦合,设计每当有修改的时候,就要需要进行全系统计算,开发效率较低。为此,文章提出一种可以将风机声源特性与系统声传播过程解耦的噪声源建模方法,分析风机气动声源特性,建立风机等效源模型。设计了风机噪声试验,测试风机的风口噪声,提取等效声源强度,用于快速预测不同系统、不同工况的噪声。将该模型应用于两种型号的油烟机噪声分析,结果表明,对不同的风道结构,系统噪声预测误差均在3 dB左右。

舱段主动隔振系统作动器配置优化

针对舱段主动隔振系统中作动器配置优化问题,给出一种优化模型和方法,通过数值计算进行方法验证。首先建立了多通道舱段主动隔振系统的动力学模型,然后将作动器配置优化转换为约束0-1非线性规划问题,以系统监测点响应为优化目标函数,作动器启用状态为自变量,最后采用教与学优化(teaching and learning-based optimization,TLBO)算法寻找最优配置。仿真计算结果表明,对于不同的激励,多通道主动隔振系统的最优配置不同,即存在对应给定激励下抑制壳体振动与声辐射的最优配置。

船舶桨-轴系统双向流固耦合动力学建模方法研究

螺旋桨激励力引起的轴系及船体振动是船舶低频噪声的重要原因,目前已成为改善我国船舶振动噪声最关键的问题之一。为了掌握这类低频噪声成因,有必要从流体、桨、轴系间的复杂耦合关系着手,揭示螺旋桨激励力产生、传递机理及桨-轴系统流固耦合振动演化规律。因此急需一个桨-轴系统双向流固耦合动力学分析模型。为此,本文利用有限元法(FEM)耦合边界元法(BEM)建立了流体-弹性桨-轴系双向流固耦合动力学模型,并通过数值仿真分析以及实验研究,验证了所建模型的正确性。研究表明:本文建立的模型求解精度满足工程要求,且相比于目前广泛采用的商业软件方法具有计算速度快、对计算机性能要求低等优点,非常适合工程应用。

豚鼠耳蜗基底膜振动的测试方法

目的探索豚鼠耳蜗基底膜振动测试的方法。方法用戊巴比妥钠腹腔注射麻醉豚鼠后,腹侧切口,逐层切开皮肤,分离肌肉,可见听泡位于豚鼠下颌骨内侧深面,钝性分离听泡表面的肌肉组织,暴露听泡,用电钻将听泡打开,可见螺旋形耳蜗结构,辨认基底膜所在的部位。用电钻在需要开孔的骨壁上轻磨一个环形的凹陷,待足够薄弱的时候用尖头的刀片挑开骨片。用具有微细尖端的不锈钢针蘸取少量反光微珠,放置在基底膜上。然后用激光多普勒测振仪(laser doppler vibrometer,LDV)测量基底膜在外耳道纯音激励下的振动。结果用该方法测量了豚鼠耳蜗基底膜在不同频率声波激励下的响应曲线。结论该方法可进行豚鼠耳蜗基底膜振动的离体实验,但活体的振动测试尚需进一步的探索。

汽车发动机悬置系统多目标设计优化研究

动力总成悬置系统对于汽车振动与噪声控制十分重要,通过考虑车身耦合因素,建立动力总成悬置系统十五自由度耦合模型,以扭矩轴解耦率和总传递振动力为综合优化目标进行优化,并将整车常用行驶工况考虑在内,以整车实测数据辨识出发动机激振力作为系统实际输入,应用粒子群算法对悬置系统刚度参数进行优化。计算表明选择合适的刚度参数可以有效降低汽车的传递振动力,并提高扭矩轴解耦率,从而改善汽车乘坐的舒适性。

利用O型环抑制圆柱绕流涡脱落的数值研究

圆柱绕流涡脱落诱发较大的振动和声,如何有效地抑制值得关注。利用大涡模拟技术求解了Navier-Stokes方程,得到了涡脱落频率,升力脉动幅值及平均阻力系数。计算表明二维模拟不能体现流动基本特征,三维计算与实验吻合较好。为了抑制涡脱落,在直径为D的圆柱表面装入间距为1D,直径为0.0167D的O型环。通过升力、速度谱分析以及柱向横截面流场分析可知,在光滑圆柱外表面加入O型环能诱发流体边界层分离,有效地抑制涡脱落现象,升力脉动和观测点速度脉动幅值几乎完全消失,阻力系数也略微降低,适合在实际工程中采用。

豚鼠耳蜗基底膜的振动特性

为探讨豚鼠耳蜗基底膜的听觉机制,利用多普勒激光测振技术进行了声音在28只成年健康豚鼠耳中传递的测试实验.将豚鼠麻醉后切断头取出听泡,采用电钻暴露其耳蜗基底膜,利用多普勒激光测振仪在给定的声压级、频率的纯音激励条件下测量豚鼠外耳道耳蜗基底膜的振动速度,并测量了中耳镫骨的振动速度.结果表明,豚鼠外耳道基底膜具有频率选择特性,而且其基底膜的振动具有行波特性.

轴系纵振诱发的螺旋桨轴承力特性研究

船舶螺旋桨工作时,除了不均匀流场会产生轴承力外,推进轴系振动同样会使螺旋桨产生轴承力。目前针对这类轴承力的研究非常少,因此本文利用面元法结合转子动力学理论构建了考虑不均匀流场与轴系振动同时作用下的螺旋桨轴承力预报模型,基于该模型探讨了轴系纵向振动与其诱发的螺旋桨纵向轴承力间的相互关系。通过对一系列半径、叶数、螺距比和盘面比不同的螺旋桨进行计算,拟合得到了螺旋桨纵向轴承力的估算公式,最后进行了实验验证。研究表明:轴系纵向振动诱发的螺旋桨纵向轴承力与轴系纵振幅值成正比关系,与纵振频率成平方关系。本文的研究有助于人们进一步加深对螺旋桨轴承力特性的认识。

齿轮激励下齿轮传动-推进系统的动态响应特性及影响规律试验研究

[目的]为了研究船用齿轮传动-推进系统的动态响应特性及影响规律,开展一系列台架试验。[方法]首先,搭建包含跨接齿轮箱的双轴齿轮传动-推进系统试验台架;然后,开展齿轮箱体及推进轴系的加速度响应测试,对比分析转速、驱动方式、轴向静推力、螺旋桨模拟轴向动态激励力等因素对系统动态响应特性的影响。[结果]试验结果表明:振动加速度响应在齿轮传动-推进系统中的传递规律以啮合频率及倍频为主,部分工况在30~80 Hz的低频段也存在峰值。[结论]研究结果可为齿轮传动-推进系统的减振降噪设计提供技术支撑。