基于分布源边界点法和伴随变量法的声学灵敏度分析

针对实际中存在的设计变量多于目标函数的情况,提出了基于分布源边界点法和伴随变量法的声学灵敏度分析方法,并建立了其理论模型,推导了其计算公式。该方法能够避免声学灵敏度分析的直接求导法中边界条件的重复计算,减少了计算量,数值仿真的结果证明了基于分布源边界点法和伴随变量法的声学灵敏度分析方法的正确性。以箱体为对象,以其上盖板厚度为设计变量进行了实验研究,场点声压灵敏度实验值与计算值的对比证明了该方法的正确性。     

振动体声学灵敏度分析的边界元法

振动结构关于设计变量的声学灵敏度分析可以为机械系统的低噪声设计提供量化依据,为结构的优化设计提供方向。采用边界元法,推导了辐射声压关于频率、表面振速等设计变量的声学灵敏度公式。在对系数矩阵求导时,没有采用传统的有限差分法,而是直接求导,并利用不连续单元替换点法处理边界元法中的奇异积分问题。将数值解与理论值比较,证明了计算公式的准确性和有效性。该灵敏度计算方法为机械系统的低噪声设计打下了基础。     

基于波叠加的结构—声学灵敏度分析的伴随变量方法

声学灵敏度可以用于描述空间声学量随设计变量的变化情况,并为低噪声设计提供优化方向和量化依据,对其进行研究具有重要意义.在多设计变量的情况下,与直接求导法相比,伴随变量法是一种效率更高的灵敏度计算方法.基于有限元法和波叠加法,提出一种新的用于结构一声学灵敏度计算的伴随变量方法.该方法用波叠加法取代了现有伴随分析方法中的边界元法,消除了奇异积分的影响.应用该方法对脉动球声源和箱体振动模型进行声学灵敏度分析,并将计算结果分别与理论值和有限差分结果进行比较,得到了较好的精度.通过与边界元法在计算时间上的比较,表明了该方法在计算效率上的优势.     

分布源边界点法在声场全息重建和预测中的应用

提出了以分布源边界点法作为声场的全息变换算法,建立了基于分布源边界点法的声全息重建和预测的数学模型。与基于边界元法的声全息重建和预测模型相比,此法避开了变量插值、数值计算和奇异积分的处理,具有计算速度快、计算精度高、计算稳定性好和简单易懂等优点,因此在工程实践中有着广泛的应用前景。     

基于管口噪声灵敏度分析的进气系统结构改进

发动机进气系统噪声是车辆最主要的噪声源之一,为了满足车辆舒适性越来越高的要求,控制和匹配进气系统的声学性能至关重要.依据三维几何模型建立进气系统的声学模型,其中四分之一波长管的声学模型为参数化模型.基于管道声学理论,研究发动机进气系统噪声仿真方法--无源法,并应用"无源法",进行进气系统管口噪声的模拟仿真.以试验设计分析为基础,研究基于管口噪声的四分之一波长管灵敏度分析方法,并应用该方法,进行四分之一波长管的各个参数灵敏度分析.在不具备发动机仿真模型的情况下,仍然能进行进气系统管口噪声的模拟仿真,并通过灵敏度分析确定四分之一波长管的设计参数.基于管口噪声的四分之一波长管灵敏度分析方法具有很高的工程应用价值,并为进气系统四分之一波长管的参数化设计提供了理论依据.     

统计最优柱面近场声全息

由于全息声压测量点的离散性,在基于空间傅里叶变换的柱面近场声全息中会引入混叠误差;另一方面,由于测量面尺寸的有限性,会在该种全息技术中引入窗效应和卷绕误差。为了克服窗效应及卷绕误差,提出了统计最优柱面近场声全息技术,它通过空间域中全息柱面上复声压的线性叠加来反演重建面上的声学量,不需要借助空间傅里叶变换来实现全息重建,故可以克服窗效应和卷绕误差。数值分析的结果表明,统计最优柱面近场声全息要优于基于空间傅里叶变换的柱面近场声全息。     

基于ANSYS/PDS模块的高速电主轴刚度可靠性分析

为研究高速电主轴刚度可靠性问题,应用ANSYS软件将蒙特卡洛法与随机有限元法相结合对高速电主轴关键零部件进行了刚度可靠性分析.通过选择高速电主轴的多种设计参数作为随机输入变量,提出了一种高速电主轴刚度可靠性分析的步骤和方法,并得出了高速电主轴刚度的可靠度数值和各随机参数的灵敏度图、灵敏度数值;在此基础上,探究了各随机参...     

快速迭代收缩阈值声源识别算法及其改进

近场声全息是一种主流的声学成像技术,在技术实践中可以有效实现声源定位。等效源法可用于修正声源不同数值模型的l_2范数正则化逆问题和l_1范数正则化逆问题。为了提高传统等效源法的分辨力,减少旁瓣"鬼影",提出了一种高阶波束形成改良快速迭代收缩阈值声源识别算法mIFISTESM-v,该方法是在改进的快速迭代收缩/阈值等效源法与高阶波束形成方法相结合的框架下发展得来。通过单声源定位和相干声源定位的分辨力分析的数值模拟以及实验验证了该方法的实用性,结果表明,所提出的方法能较好地达到声源识别及定位的效果,该方法所得主瓣区小于0.002。     

基于声学灵敏度的汽车噪声声-固耦合有限元分析

车身结构声辐射的预测对于噪声的控制和降低有着重要的意义.首先推导了声-固耦合有限元的控制方程,并得到模态参与因子和板块声学贡献量的计算方法;然后以某商务车为研究对象,应用虚拟试验场技术,建立声-固耦合有限元模型,包括车身与汽车室内空腔的有限元模型;选择车身与底盘的连接点作为声学灵敏度分析的激励点,采用声-固耦合有限元法,计算得到各悬置点至驾驶员耳旁的声学灵敏度;从声学灵敏度分析结果中发现,车身模态在共振峰70、138、200 Hz处均存在较大的峰值;研究这三个峰值的频率点及其结构,并计算结构模态和声学模态参与因子以及车身板块的声学贡献量,最终得出对车内声学响应影响最大的板块和结构模态.     

拓扑优化在Halbach核磁共振磁体主动垫补中的应用

针对Halbach阵列核磁共振主磁体的匀场问题,提出用拓扑优化法对主磁体进行主动垫补的方法.在使用相对密度法描述优化空间材料特性、使用连续性方法推导出拓扑优化灵敏度的基础上,用最速下降法优化垫补磁块的空间位置.数值计算结果表明,本方法能达到匀场的目的.     

封闭空腔内声场分析的等效声传递向量法

提出了一种用于封闭空腔内声场的计算方法--等效声传递向量法。采用位于腔体表面附近的若干虚构声源的叠加声场来等效由结构振动形成的封闭空腔声场,通过匹配振动结构表面上的法向振速获得虚构声源的源强,建立起结构表面的法向振速与腔体内场点声压的联系,并推导了结构面板声学贡献度的计算公式。计算过程避免了边界元法中复杂的数值计算和奇异积分的处理,提高了计算效率。仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。     

RECONSTRUCTION STABILITY OF NEARFIELD ACOUSTIC HOLOGRAPHY

The distributed source boundary point method (DSBPM) is used as the spatial transform algorithm for realizing nearfield acoustic holography (NAH),the sensitivity of the reconstructed solution to the measurement errors is analyzed,and the regularization method is proposed to stabilize the reconstruction process,control the influence of the measurement errors and get a better approximate solution.An oscillating sphere is investigated as a numerical example,the influence of the measurement errors on the reconstruction solution is demonstrated,and the feasibility and validity of the regularization method are validated.     

机器辐射声场的组合边界点法分析和试验研究

将组合边界点法应用于声辐射问题的分析计算,通过对模拟车床主轴箱辐射声场的组合边界点法分析、试验测试结果以及与分布源边界点法分析结果的对比,证实了组合边界点法是一种准确、快速的结构振动声辐射问题计算方法。     

基于混合全息算法的多源相干声场分离方法

当空间声场中存在多个相干声源时,运用常规的近场声全息算法无法重建和预测每个相干声源的声场分布,限制了声全息的应用范围和对相干声场的分析。在针对该问题的现有方法中,基于傅里叶变换的声场分离技术只能用于相干声源位于全息面两侧的情况,而分布源边界点法、联合波叠加法等虽然可解决相干声源位于全息面同侧的分离问题,但在应用时必须预先知道声源的位置以及几何形状等先验知识。针对相干声源在全息面同侧的情况,提出一种新的多源相干声场分离方法。该方法只需全息面声压,不需要其他先验知识就可以实现相干声场分离,能很好地弥补现有方法的缺点,并为相干声场的分析提供有力手段。数值仿真和试验验证该方法的正确性、可行性和有效性。     

NEAR-FIELD ACOUSTIC HOLOGRAPHY FOR SEMI-FREE ACOUSTIC FIELD BASED ON WAVE SUPERPOSITION APPROACH

In the semi-free acoustic field, the actual acoustic pressure at any point is composed of two parts: The direct acoustic pressure and the reflected acoustic pressure. The general acoustic holographic theories and algorithms request that there is only the direct acoustic pressure contained in the pressure at any point on the hologram surface, consequently, they cannot be used to reconstruct acoustic source and predict acoustic field directly. To take the reflected pressure into consideration, near-field acoustic holography for semi-free acoustic field based on wave superposition approach is proposed to realize the holographic reconstruction and prediction of the semi-free acoustic field, and the wave superposition approach is adopted as a holographic transform algorithm. The proposed theory and algorithm are realized and verified with a numerical example, and the drawbacks of the general theories and algorithms in the holographic reconstruction and prediction of the semi-free acoustic field are also demonstrated by this numerical example.     

二维声学数值计算的径向插值有限元法

针对声学有限元分析中四节点等参单元计算精度低,对网格质量敏感的问题,将无网格径向插值技术引入到标准有限元中,构造径向插值形函数,推导径向插值有限元法(Radial interpolation finite element method,RIFEM)的二维声学数值计算公式。二维声学RIFEM采用标准有限元法形函数构造系统离散方程的声学刚度矩阵和边界积分矢量,保证了声压梯度和边界条件在区域边界的积分精度;采用径向插值形函数构造系统离散方程的质量矩阵,提高了声压数值近似函数的插值精度。对管道二维声腔模型和某轿车二维声腔模型的数值分析结果表明,与标准有限元法和SFEM相比,RIFEM的计算精度更高,对波数、单元尺寸和网格扭曲程度的灵敏度更低。因此RIFEM可以很好地应用于二维声学数值分析,具有广阔的工程应用前景。     

连续体结构综合优化设计

以连续体为对象的优化解法所求得的优化结果,经常只是反映最佳传力途径的具有锯齿状边界的某个区域。基于此,将拓扑优化、形状优化、有限元分析和计算机辅助几何设计有机地集成在一起,提出一种基于隐含边界描述的水平集连续体结构拓扑和形状渐进综合优化设计方法,将形状导数与拉格朗日乘子法引入到优化敏度分析中,控制水平集函数的动态运动,从而间接地实现结构边界的动态演化;用B样条曲线曲面逼近拓扑优化后的结构体边界,将前一优化过程所得到的反映传力途径的概念解上升为具有光顺边界,并被参数化了的物理解;在形状优化中,设计变量定义为B样条曲线或曲面的控制顶点的运动,建立边界节点移动速度场计算方法和边界形状调整方法,寻求较快的搜索方向,以合理速度分布,使结构变为最佳。通过一个典型算例证明所研究方法的有效性。     

声腔-弹性板结构在不同激励下声辐射特性研究

以声腔-弹性板声振耦合模型为研究对象,对比分析该模型在点力激励和点声源激励下,激励位置、声腔厚度以及弹性边界等对弹性板声辐射功率、表面振速和腔内声压的影响及两种情况下的区别。弹性板的振动位移函数通过谱几何方法得到,并采用Hamliton原理,充分考虑了板的振动与板两侧声场之间的耦合。利用Rayleigh积分,可计算出弹性板的声辐射特性参数。结果表明,在简支约束情况时,点力和点声源两种激励下,激励位置、声腔厚度和弹性边界对板的声辐射功率、表面振速和腔内声压有不同的变化。在薄声腔时,点力激励下,声腔个别模态对板有明显影响。点声源激励下,模型耦合作用明显,弹性板的声辐射功率、表面振速和腔内声压主要受到耦合模态的影响,且点声源的耦合作用明显强于点力作用。相较于扭转刚度,直线刚度对声辐射的影响更大。