考虑边界条件的弹性长方体封闭结构腔辐射声场分析

在弹性板边界施加假想的弹簧系统模拟板的不同边界条件,利用汉密尔顿函数和瑞利-李兹方法,建立由2块四边弹性支承的弹性板及4块刚性板构成的封闭矩形腔外的辐射声场模型,推导腔体外辐射声场的解析解.该模型考虑两弹性板之间以及弹性板与腔体内声场之间的耦合.算例表明,低频段时两弹性板之间为弱耦合,辐射声场主要由受到外激励的结构所决定;支承板的线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧大.同时,运用有限元法计算腔体内的声模态和弹性板的振动模态及其耦合系数,结合边界元法计算出腔体外的声压响应,并将此数值仿真结果与前面导出的解析结果进行比较,理论推导的正确性得到验证.     

近场结构声辐射模态分析

为减小由瑞利积分计算结构声辐射功率的复杂性及结构振动模态声辐射耦合对辐射效率的影响,提出以有限离散思想为基础的结构近场声辐射模态分析方法,该方法对结构辐射表面进行离散化,利用叠加原理建立近场声辐射模态模型和辐射声功率的计算公式。以简支板为例,利用有限元和边界元法对近场结构声辐射进行仿真分析,计算了结构声辐射模态,辐射效率,声功率及场点声压等声场特性参数,并讨论了不同力作用位置对结构声辐射的影响,得到了简支板结构在简谐激励力作用下的近场声辐射特性。该分析对复杂结构声的近场声辐射仿真计算和主动控制有重要指导意义。     

弹性边界对高速列车车窗声辐射特性的影响研究

为研究高速列车车窗在点激励下的声辐射特性,基于Hamilton原理和声学Rayleigh积分建立了弹性边界条件下车窗的有限元-边界元耦合模型,模型中将弹性边界简化为沿车窗四周连续分布的平动弹簧和转动弹簧.利用矩形板在经典边界条件下的模态分析结果、无限大板的声辐射验证了模型的正确性.基于验证后的模型,分析了边界支撑刚度对车窗声辐射的影响,研究了车窗声辐射随边界阻尼的变化规律.研究结果表明,边界平动刚度对车窗声辐射的影响较转动刚度显著;当平动刚度小于1×103 N/m时,车窗的声辐射与无限大板的结果相似;当平动刚度在1×103～1×106 N/m间变化时,声辐射出现明显峰值,且随刚度迅速变化,这些峰值由车窗的模态引起;当平动刚度大于1×106 N/m时,车窗的声辐射随刚度趋于稳定;提高边界阻尼有助于降低车窗在辐射峰值附近的声辐射水平,但作用有限,其中,由复平动刚度产生的边界阻尼比复转动刚度产生的边界阻尼对车窗声辐射的影响大.     

具有弹性板的矩形封闭声腔结构-声耦合分析

建立了中间具有弹性板的矩形腔体内的声场模型,并在矩形腔体内的弹性板四周施加假想的弹簧系统以模拟弹性板不同的边界支承条件。该模型充分考虑了弹性板与两个腔体内声场之间的耦合以及弹性板的边界条件对腔体内声场的影响。通过算例分析表明,低频段时,由腔体1的内声场引起的弹性板的振动速度受线弹簧刚度的影响要大于旋转弹簧刚度的影响,支承弹性板的线弹簧刚度对腔体内声场与弹性板之间振动耦合的影响大于旋转弹簧刚度的影响;由弹性板振动而引起的腔体2内的平均声压随线弹簧刚度的增大而增加。     

水下弹性圆柱壳结构声辐射有源控制研究

研究了利用次级环带声源对水下有限长弹性圆柱壳结构振动声辐射进行有源控制。给出了初级圆柱和次级环带声源之间的互辐射阻抗计算公式,考虑流固耦合效应,利用二次最优理论,以辐射声功率最小化为目标函数,得到次级环带声源的最优激励力,最后计算控制前后远场辐射声压的空间分布。结果表明:利用次级环带声源可以对弹性圆柱壳结构振动辐射噪声进行控制,增大次级环带声源与初级圆柱壳间距,控制效果变差;次级激励力位置对辐射声功率控制效果也会产生影响。     

水下弹性圆柱壳结构声辐射有源控制研究

研究了利用次级环带声源对水下有限长弹性圆柱壳结构振动声辐射进行有源控制。给出了初级圆柱和次级环带声源之间的互辐射阻抗计算公式,考虑流固耦合效应,利用二次最优理论,以辐射声功率最小化为目标函数,得到次级环带声源的最优激励力,最后计算控制前后远场辐射声压的空间分布。结果表明:利用次级环带声源可以对弹性圆柱壳结构振动辐射噪声进行控制,增大次级环带声源与初级圆柱壳间距,控制效果变差;次级激励力位置对辐射声功率控制效果也会产生影响。     

有源点激励有限长圆柱壳体辐射声场特性

理论研究单点激励和多点激励时有限长圆柱壳体辐射声场特性。采用Donnell壳体理论和模态分析法,建立单点激励和多点激励有限长圆柱壳体声辐射数学模型。根据声辐射计算数学模型,计算并分析单点激励和多点激励时圆柱壳体低频段声辐射近场和远场特性。研究结果表明:随着激励力频率的提高,圆柱壳体声辐射功率和辐射效率提高,辐射声压增大,且激励力作用方向为声能量主要辐射方向;在声辐射近场,频率越低声压衰减越快,且具有一定起伏变化特性;在声辐射远场,不同辐射方向声压变化规律不同,但其声压衰减规律都近似为球面波衰减。     

不同介质中圆柱壳体的低阶模态声辐射特性研究

基于Flugge壳体理论,利用柱坐标系下Green函数和模态展开法,推导了两端简支有限长圆柱壳的声振耦合方程,求解了圆柱壳的辐射声功率和表面均方振速,对比研究了圆柱壳在不同流体中各周向阶数对径向均方振速和辐射声功率的贡献。结果表明,有限长圆柱壳受简谐径向点力激励,空气中,较大周向阶数的振动模态对声功率产生一定量的贡献;当圆柱壳浸入水中时,低频范围内前几阶周向阶数的振动模态对水下圆柱壳辐射声功率的贡献最大。     

双弹性板矩形空腔内噪声的有源力控制

研究了在弹性板上施加不同参数的有源力对腔内噪声进行控制的问题。构建双弹性板构成的封闭矩形声腔模型,对封闭声腔的结构-声耦合特性进行分析,推导了在封闭声腔有源力控制作用下声压计算公式,给出采用有源力控制的最优控制模型。分析了弹性板在不同参数的次级力源激励下腔内局部声场的声压级响应,并建立了仿真模型对局部声场的减噪效果进行分析。结果表明,合理选择次级力源的参数对控制效果的影响较为明显,且次级力源的个数并非越多越好。     

边界条件和激励位置对高速列车车窗声振特性影响研究

为研究高速列车车窗的振动声辐射和隔声,基于Hamilton原理和声学Rayleigh积分建立了车窗的有限元-边界元耦合模型.利用矩形薄板在自由、简支和固支等经典边界条件下的模态分析结果、无限大板的隔声验证了模型的正确性.基于验证后的模型,对比了车窗在经典边界条件下的声辐射和隔声,分析了点激励位置对车窗声辐射的影响,研究了车窗的隔声随平面声波入射角度的变化规律.研究结果表明,边界条件对车窗在刚度控制区的声辐射和隔声产生显著影响.点激励位置越靠近边界,车窗在刚度控制区的辐射声功率越小;辐射声功率在质量控制区的峰值由车窗的模态引起,由于激励点位置的影响,峰值出现的频率存在一定的差异.随着平面声波入射角度的增加,车窗的隔声量增加;当声波沿车窗的横向和纵向入射时,车窗的受迫响应关于横向中线和纵向中线对称,当声波沿车窗对角线入射时,车窗的受迫响应表现出很强的非对称性.     

铺设角度对层合板结构声功率的影响分析*

针对层合板结构铺设角度对前二阶声辐射模态幅值和辐射声功率的影响进行分析。利用分层理论结合有限元模型求解层合板的铺设角度与振动速度信息之间关系。通过声辐射模态理论,以某12层层合板结构为例,研究固定边界条件下的层合板辐射模态数、对称铺设角度、单向铺设角度以及激励力位置对声辐射模态幅值和辐射总声功率的影响。计算结果表明,在相同角度下,对称铺设层合板结构最大声功率值要小于单向角度铺设层合板结构最大声功率值;另外在低频时,对层合板结构辐射声功率起主要贡献的是前两阶辐射模态。并以某16层零度铺设的固定边界条件下的层合板结构为例,对复合材料层合板结构的声辐射模态幅值及声功率进行试验分析。     

基于局域共振的舰船浮筏低频减振方法

为控制动力机械激励下的舰船浮筏低频振动和噪声线谱,由变分原理建立了动力机械平板局域共振单元的耦合振动方程,采用模态叠加法导出了耦合振动方程的解,并给出了平板辐射声功率级的计算公式;设计了小尺寸轻质低频局域振子,分析了局域共振单元对动力机械激励下平板结构低频振动与辐射声功率线谱的控制效果。研究表明：在附加质量小于平板质量3%的要求下,局域共振单元可将低频振动线谱激励下平板结构表面平均振速级和辐射声功率级降低10%以上;当局域共振单元中包含多个固有频率不同的局域振子时,可以控制平板结构的多个低频振动与噪声线谱。     

FORCED VIBRATION AND SOUND RADIATION OF A RECTANGULAR PLATE WITH VISCOELASTIC BOUNDARY SUPPORTS

０　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＶｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｓｕｒｆａｃｅｄａｍｐｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｆｏｒｍａｎｙｙｅａｒｓｔｏｒｅｄｕｃｅｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｎｏｉｓｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｂｅａｍａｎｄｐｌａｔｅｌｉｋｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ａｌｔｈｏｕｇｈｓｕｃｈｓｕｒｆａｃｅｄａｍｐｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｓｈｏｗｎｔｏｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｉｎｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｎｏｉｓｅｃｏｎｔｒｏｌ,ｈｏｗｅｖｅｒ,…     

结构振动模态耦合对辐射声功率的影响

定量研究了结构振动模态耦合对辐射声功率的影响。首先利用结构振动模态的叠加性,基于辐射声功率的二次型表达式,将总的声功率分解为各个模态自身辐射的声功率和模态间的耦合对声功率的贡献两部分;然后引入声辐射模态,得到一般结构模态间的耦合对声功率贡献的通用数学表达式。研究结果表明:在中低频范围内,振动模态间的耦合对辐射声功率的影响由振动模态的幅度大小、振动模态间的相位差以及振动模态与低阶辐射模态向量的内积等因素决定;以矩形平板为例进行了分析,并讨论了模态耦合问题在结构声辐射有源控制中的应用,最后进行了计算机仿真实例分析和验证。     

Sound radiation from strip plates with longitudinal stiffeners using waveguide finite and boundary element methods

In this study, the vibration characteristics and sound radiation of strip plates with finite width and infinite length are investigated numerically in order to analyze the vibration and sound radiation of structures consisting of many stiffened and double-layered plates. The waveguide finite element approach, which is effective for waveguide structures, is applied as a numerical scheme. The sound power and radiation efficiencies for an unstiffened plate are calculated numerically via coupling boundary elements to the WFEs. Longitudinal stiffeners and additional upper plates are included in the plate model to investigate the effect of stiffeners and an upper plate on sound power and radiation efficiency. In this study, it is found that the stiffeners contribute differently to plate vibration and sound radiation, and that the radiation efficiencies of the stiffened and double plates are larger than those of the unstiffened plate due to the presence of the stiffeners.     

Vibration characteristics and power transmission of coupled rectangular plates with elastic coupling edge and boundary restraints

Coupled-plate structures are widely used in the practical engineering such as aeronautical,civil and naval engineering etc.Limited works can be found on the vibration of the coupled-plate structure due...     

单层隔振系统中弹性基座的振动与声辐射特性

通过电－力类比的方法建立了单层隔振系统的导纳分析模型,研究了输入到弹性 基座的振动功率流与基座辐射声功率,并通过计算机仿真分析了隔振参数对弹性基 座声振特性的影响,以及隔振装置安装位置对弹性基座振动及其声辐射的影响,提 出了单层隔振系统中弹性基座噪声控制的基本原则。     

城市轨道交通车轮振动声辐射特性

轮轨噪声是城市轨道交通噪声的主要组成部分,而车轮振动声辐射是轮轨噪声的主要声源之一。目前使用的城市轨道交通车轮有多种型式,系统性地比较各种车轮的振动声辐射特性,研究不同参数对车轮振动声辐射的影响。通过数值方法,对五种城市轨道交通车轮的辐射声功率,进行详细比较分析。结果表明,在轮轨等效粗糙度名义滚动圆接触点径向激励下,适当增大辐板厚度和减小车轮的直径,对降低车轮振动声辐射均有积极作用;斜曲型辐板和双S型辐板车轮的振动声辐射水平相当,而直型辐板车轮的振动声辐射水平最低,相比其他两种类型辐板车轮,其总辐射声功率级小8 dB左右。相关计算结果将为城市轨道交通低噪声车轮的设计和选型提供理论参考。     

弹性边界板结构拓扑优化声辐射

针对拓扑优化方法在减振降噪领域的应用以及板结构在实际应用中所处的环境,采用拓扑优化方法对不同弹性边界刚度的板结构进行拓扑优化分析,计算了不同边界刚度条件下板结构的声辐射情况。根据弹性边界板结构拓扑优化后的结构形式进行加强筋布置,对比于其他的加强筋布置形式进行板结构声学响应计算,得出了不同弹性边界刚度对于板结构拓扑优化结果的影响规律,以及不同板结构的边界刚度对于板结构声辐射情况的影响。板结构的声辐射响应计算结果验证了拓扑优化在减振降噪方面的应用价值。