简支矩形板在空气与水中声辐射特性比较

研究比较简支矩形板在空气中与水中声辐射特性参数,分别建立结构在空气中与水中结构振动方程,并利用Rayleigh积分公式,表示结构表面声压,获得结构表面振速的求解方程。进一步由振动模态正交性和坐标变换,将声辐射阻抗化为二重积分形式,从而确定结构振动模态系数,获得结构声辐射特性参数。求取简支矩形薄板在空气中和水中辐射声功率、均方振速和声辐射效率,并对其进行对比。研究结果可为各类板结构振动与噪声控制提供理论参考。     

障板对于平板声辐射特性的影响分析

采用单层势和双层势求解和比较有障板和无障板的声辐射特性。由边界积分方程,分别推导有障板和无障板的声压积分方程,根据交界相容性条件,获取二重积分形式的平板表面声压和振速。进一步将结构的动力方程代入有障板和无障板形式的振速方程中,离散声压差值和板的位移为振动模态叠加的形式,获得二重积分形式的声辐射阻抗,从而求解振动模态系数,确定声辐射特性参数。以水下简支矩形板为例计算对比了声辐射参数,分析障板对薄板声辐射特性的影响。     

螺旋桨激励力下轴系-艇体耦合系统低频声辐射特征分析

针对某轴系-艇体缩比试验模型,首先进行动力学建模,并利用试验数据对模型参数进行修正。在此基础上将振动模型利用直接边界元法进行进一步延伸分析,对螺旋桨纵、横激励力作用下壳体的声辐射特征进行预测,得到两种激励力下典型模态的壳体表面声压和远场声压分布特性,并从能量角度对耦合系统的声辐射特性进行分析,给出轴系-艇体耦合系统水下声辐射特性。     

多设备源激励下水中柱壳结构声振特性研究

研究多个设备振动激励下的水中有限长圆柱壳体振动与声辐射特性。基于薄壳理论,建立单频多个设备振动激励下水中有限长圆柱壳体的声振耦合方程,采用模态展开法推导出多源激励下壳体振动响应和辐射声功率的解析表达式,分析设备激励源数、激励形式及其组合方式等对壳体振动响应和辐射声功率的影响规律。研究表明:多设备振动激励作用下,施加的多点激励力间距越大,壳体结构振速响应和辐射声功率越低;沿周向施加线激励力,不易激起壳体振动与声辐射,而沿轴向施加的激励力越集中,所激起壳体的振动与声辐射越强;在激励力合力相同的条件下,增加激励力接触面积可有效隔声。研究结果可为水下航行体的振动噪声控制提供理论依据。     

通过阵列传感器获取固定板声辐射模态伴随系数

以固定支撑板为例,提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量前三阶声辐射模态幅值.在振动板表面布置一组形状相同的矩形PVDF(Polyvinylidene fluoride聚偏氟乙烯)薄膜作为传感器,根据所需要的声辐射模态伴随系数,通过对PVDF传感器阵列输出信号设计的加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为相应的声辐射模态伴随系数.结果表明这种PVDF传感器阵列设计与外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置)无关,而且适用任意边界条件板结构.     

激励力作用位置对圆柱壳辐射声功率影响研究

潜艇上的机械设备不平衡运转会产生激励力,不平衡运转设备引起的艇体噪声是辐射噪声的主要成分。因此研究激励力的位置与声功率的关系是非常具有意义。文章建立了环肋圆柱壳结构声振动分析模型,基于力辐射模态从激励力作用位置变化方面对环肋圆柱壳进行数值计算和分析,研究激励力作用在不同位置处时,辐射声功率的变化规律。为了给出激励力作用位置与壳体辐射声功率的关系,运用力辐射模态概念,依据力辐射模态形态特征,分析判断激励力作用位置对辐射声功率的影响,为有效地减少圆柱壳辐射声功率提供了更为方便的技术手段。     

封闭空间中结构声辐射的有源力控制研究

推导了在初级力源和次级力源共同作用下的弹性结构振动声辐射公式,对封闭空间中的有源结构声控制（ＡＳＡＣ）建立了有源力最优控制模型。模拟实验研究了弹性结构由力源激励所产生的封闭空间声场的特点、有源控制力向量的位置、幅值和次级力源个数的选择等问题。结果表明,弹性结构在力源激励下的封闭声场,是由激励力大小、结构模态和空腔模态间的耦合决定的;对于单模态振动声辐射,应选取振幅最大处作为次级力源的位置,同时优化力的大小;另外,合理选取次级力源个数可有效控制多模态振动声辐射。这些结论为建立封闭空间中结构声辐射有源力控实验系统提供了理论基础。     

水下圆柱壳声辐射有源力控制及机理分析

研究了利用力激励进行水下有限长圆柱壳振动声辐射有源控制问题。考虑流固声振耦合作用,根据圆柱壳辐射声功率在周向相互解耦的特性,推导了次级力源最优强度解析表达式,比较了单个力和多个力有源控制后的降噪效果;利用圆柱壳结构振动模态和声辐射模态的对应关系,分析了圆柱壳声辐射有源力控制的物理机理。研究结果表明:多个次级力更能有效地控制壳体产生声辐射的振动部分而达到控制噪声的目的;水下圆柱壳的前几阶声辐射模态的辐射效率很高,而辐射模态幅度较低,有源控制机理在于降低与结构振动模态对应的声辐射模态幅度,从而有效控制结构振动产生的声辐射。     

内燃机油底壳模态分析及噪声预测

采用有限元方法和边界元方法建立了复杂结构辐射噪声预测模型，可用于计算辐射声功率、场点声压、固体声和辐射效率等声场特性参数。对内燃机油底壳进行了模态分析和噪声预测，并研究了约束条件及激励力作用位置对声辐射的影响，为噪声优化设计打下了良好的基础。     

简支Mindlin板的振动与声辐射研究

建立基于Mindlin厚板理论的简支矩形板振动及声辐射数学计算模型。通过Rayleigh积分公式计算出板结构与声场交界面的声压,进而获得求解结构表面振速的方程。利用振动模态正交性获得结构振动与声辐射的特性参数以及声辐射阻抗与模态声辐射系数。由于Mindlin厚板模型考虑了板的横向剪切变形和转动惯量,其动力学计算结果比经典薄板理论更精确,在高频时更可靠。但由于声辐射只跟板的横向振动相关,两种模型计算出来的平均辐射效率没有明显区别。     

有源结构在次级力源作用下的模态抑制与重构

基于结构声学理论，以简支矩形板为例建立了弹性结构声辐射有源控制模型，在次能力源分别为点源和分布力源作用下，由计算机模拟结果表明，振动结构声辐射强烈的奇－奇模态能得到有效抑制，并证实了有源结构模态抑制与重构机理的存在，次级力源的作用位置对声辐射的抑制具有重要意义。     

Duffing振子激励下平板声振特性研究

针对非线性振动激励下结构声辐射问题,由变分原理导出Duffing振子激励下平板声振耦合动力学方程,由模态展开法及增量谐波平衡法导出轻流体中耦合动力学方程的近似解析解,给出多频激励下平板表面平均振速及辐射声功率表达式,研究激励力频率、非线性项对系统振动及声辐射特性影响。结果表明,Duffing振子激励下平板的声振耦合问题为含离散与连续系统的复杂动力学问题;耦合运动下Duffing振子出现二次跳跃现象与新的共振特性;平板声振特性主要由三次谐波决定。研究结果可为隔振结构的声振设计提供理论依据。     

水下结构去耦覆盖层的动力吸振器效应研究

去耦覆盖层的低频减振降噪是水下结构声辐射的一个难点问题。采用模态分解法和粘弹性阻尼流体传递矩阵模型,建立了敷设去耦覆盖层的四端简支撑矩形板水下振动和声辐射模型。分析了去耦覆盖层的减振降噪特性,研究了去耦覆盖层的物理参数(如杨氏模量、损耗因子、密度等)对板的均方振速和辐射声功率的影响规律。研究结果表明:对于板的单个振动模态,板-去耦覆盖层-流体系统可看作是一个两自由度系统,它具有两个共振频率和一个反共振频率,去耦覆盖层会引入类似动力吸振器的效应;针对具体结构,通过合理调整去耦覆盖层的参数,能够充分利用动力吸振器效应,有效降低水下结构低频振动与声辐射。     

辐板型式和轮轨接触点位置对车轮声辐射特性的影响

为了分析不同车轮辐板型式和轮轨接触点位置对车轮声辐射特性的影响,建立了车轮有限元-边界元混合振动声辐射模型。首先,根据车轮实际拓扑结构建立三维实体有限元模型,采用分块Lanzos法求解结构的特征值问题,然后采用模态叠加法计算车轮结构在法向单位力激励下的动态响应,将车轮外表面的速度处理成声学边界元的输入,计算车轮的辐射噪声。数值计算中,考虑了S型、直型和波浪型三种辐板型式和轮缘、名义滚动圆处和车轮外侧三个轮轨接触点位置。结果表明,辐板型式和轮轨接触点位置对车轮声辐射具有较明显的影响。而且,不同辐板型式车轮在不同轮轨接触点位置下的声辐射特性也不尽相同。数值分析可以为低噪声车轮的选型提供一定的参考。     

《简支板辐射噪声的结构优化控制与仿真》

以简支矩形板为例,利用时域声辐射模态进行噪声的结构优化控制。已有研究表明时域辐射模态能独立地辐射声功率,并且振动结构辐射的声功率主要由第一阶辐射模态的声功率决定。在此基础上进行简支板辐射噪声的结构优化控制,并对最优控制力源的位置进行了讨论和分析。最后设计自适应前馈控制系统对控制效果进行仿真验证。     

障板上矩形薄板在浅水环境中的振动及声辐射解析分析

通过推导得到浅水环境中矩形板声辐射阻抗矩阵的解析表达,进一步结合振动假设模态方法及辐射表面单元辐射器思想求解浅水环境中矩形板的振动响应,分析水深对矩形板模态附加质量的影响,给出矩形板模态附加质量随水深的变化情况,得到波导模态的激发对附加质量的影响,并通过对辐射抗矩阵的特征分析得到附加质量在板上分布的主要模式;进一步结合声辐射模态辐射效率,分析水深变化对矩形板振动响应峰值及远场声辐射的影响,分析结果表明:水深度变化对振动响应峰值及声辐射功率的影响与第1阶声辐射模态的辐射效率随深度的变化具有一致性。     

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型进行了解释。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,并比较了在结构模态下和声辐射模态下辐射效率的区别。     

基于左特征向量配置的结构声主动控制

结合耦合模态空间控制方法通过配置闭环系统的左特征向量实现了结构振动声辐射的主动控制。推导了振动系统的左特征向量与模态振型之间的关系,得出了当闭环系统的模态振型为开环系统的模态振型的线性组合时,闭环系统的左特征向量也为开环系统的左特征向量的线性组合的结论。构造了与激励力向量正交的目标左特征向量,以该左特征向量对应的模态振型为控制目标,采用耦合模态空间控制方法,间接实现了对闭环系统的左特征向量的配置,最终实现了结构振动声辐射的主动控制。提出的结构声主动控制方法具有物理意义明确、实施过程简单、声辐射控制效果好的特点。文中以矩形简支板为例进行了结构声辐射主动控制仿真,将闭环系统的第1、4阶左特征向量配置成与激励力向量正交的形式。仿真结果表明简支板的结构振动声辐射得到了有效降低。     

水下圆柱壳低频声辐射特性及有源控制

利用振动模态及声辐射模态分析水下有限长圆柱壳低频模态辐射特性。计算各阶周向振动模态对辐射声功率贡献;将各阶周向模态下轴向振动模态分为奇、偶模态组,分析低频范围内振动模态组与声辐射模态对应关系;以主导声辐射模态声功率为目标函数对水下有限长圆柱壳低频声辐射进行有源控制。结果表明,低频范围内水下简支圆柱壳受径向点力激励时,仅前几阶周向振动模态对辐射声功率有贡献;同一周向振动模态下轴向为奇(偶)振动模态组产生的声功率与具有相同周向阶数而轴向为偶(奇)声辐射模态产生的声功率对应。通过控制前几阶主导声辐射模态即可完成对水下有限长壳体低频辐射噪声抑制。     

泵喷分布式脉动压力激励下泵喷艇体耦合系统振动声辐射

针对suboff艇后泵喷推进器分布式脉动压力激励下的泵喷-轴系-艇体耦合系统振动声辐射响应计算和特性分析开展研究。建立计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)模型利用剪切应力输运(shear stress transfer, SST)k-ω模型进行suboff艇后泵喷推进器表面脉动压力的计算,利用耦合有限元法(finite element method, FEM)建立泵喷-轴系-艇体耦合系统动力学模型,结合自编径向基函数插值程序获得表面脉动压力在泵喷结构湿表面的空间分布,利用边界元法(boundary element method, BEM)计算泵喷-轴系-艇体耦合系统的声辐射特性。对泵喷-轴系-艇体的耦合模态特性、传递力、辐射声功率和指向性等开展分析。结果表明:声辐射以转子表面脉动压力的贡献为主;二阶轴频以上,纵向脉动压力的贡献占优;泵喷激励下,振动声辐射主要特征频率包括激励力特征线谱、艇体的纵振模态、转子同相振动模态(呼吸模态)、转子-轴系一阶纵振模态等;导管和定子脉动压力激励下振动声辐射响应峰值出现在叶频(blade passing frequency, BPF)和2倍叶频处,量级和转子表面脉动压力激励处于同一量级,但其和转子表面脉动压力共同作用时,由于相位相互抵消,响应幅值并没有显著增大。研究结果可为泵喷-轴系-艇体耦合系统振动声辐射的控制提供指导。