类高尔夫球表面处理对受电弓气动噪声的影响

针对高速列车弓网噪声,为降低主要由细长圆柱杆件构成的受电弓的气动噪声,建立三维圆柱绕流气动噪声分析模型,基于大涡模拟方法、声类比理论模拟圆柱杆件的流场特征,分析远场气动噪声频谱特性与分布规律,并对圆柱杆件表面作球缺型凹坑处理,分析表面处理方案的降噪效果。数值结果表明,来流与圆柱轴向所在平面法向的气动噪声受升力波动影响,声压级最大;圆柱来流方向前后气动噪声受阻力波动影响,声压级最小。圆柱表面球缺型凹坑处理方式可以有效降低圆柱杆件远场R=5 m处最大声压级,凹坑加密,降噪效果更好,优化模型II-1、II-2和II-3在R=5 m处最大声压级分别降低1.5 d B、1.9 d B和2.4 d B。相关结果可为高速列车噪声控制提供参考。     

90°V8柴油机整机结构动态响应分析

建立了90°V8柴油机整机结构的有限元分析模型,采用Lanczos法对整机组合体的自由模态进行了计算,得到了其同有频率和振型。在此基础上,考虑柴油机在额定工况下,以气缸燃气压力、活塞侧压力和主轴承作用力为主要因素,确定了柴油机所受的激励力,利用模态叠加法对柴油机进行了动态响应分析计算,得出了各阶模态的模态响应函数,为运用ATV技术求解内燃机表面辐射噪声提供了边界条件。     

TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料带翻边开口圆柱壳机匣件高温气动载荷下的承载性能

基于航空发动机的高温气动载荷环境,对树脂传递模塑(RTM)工艺制备的TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料带安装翻边和壳壁开口的圆柱壳机匣件开展了常温、200℃和260℃高温气动载荷下的仿真分析和承载性能试验。仿真计算得到复合材料机匣件的高应力水平发生在安装翻边和开口处。试验利用所设计的专用试验装置与机匣试验件合围成一套能够解耦内压和轴力的被试腔体结构,通过对被试腔体施加高温气体压力和机械静载联合模拟热气流载荷,相比传统的冲压胶囊加压方式,可以对机匣的翻边和开口处进行充分热压考核。常温、200℃和260℃承载试验后对机匣开口进行了无损检测,得到开口处的分层损伤区域随着载荷增大朝着正方和正圆的趋势扩大,260℃破坏试验得到TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料机匣件的失效模式与传统金属机匣的筒体破裂不同,失效方式为安装翻边断裂。研究表明,RTM工艺TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料结构件的力学性能在200℃以内具备良好的温度稳定性,安装翻边为复合材料机匣件在航空发动机热气流载荷下的薄弱区域,应作为机匣件减重设计的重要优化部位。      

Problem of controlling acoustic noise by passive methods

A universal means of controlling noise, which effectively suppresses the noise pressure of both low- and high-intensity fields, is proposed. An apparatus in the form of a system of two metallic coaxial cylinders is developed. The outer cylinder has longitudinal through slits, through which some of the energy of the sound field strikes the internal cylinder. Reflecting from the latter, it strikes the inner wall of the outer cylinder, creating, in turn, a counter noise pressure; this gives rise to significant reduction in the sound level inside the apparatus.Translated from Problemy Prochnosti, No. 9, pp. 92–94, September, 1990.     

负压条件下爆炸罐内爆炸引起筒体振动及噪声特性

为了研究负压条件下容器内爆炸引起的振动及噪声特性,研制一套34.8 L抽真空爆炸罐装置。实验用单发8号工业雷管作为爆炸源,采用NuBox8016型爆破振动测试仪、SZ4A型噪声振动测试仪分别测试筒体振动速度及爆炸噪声声压级,并使用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)以及经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)方法对振动信号进行分析。结果表明,随着真空度的提高,筒体峰值振动速度、爆炸噪声声压级均呈下降趋势。当筒体内真空压力为-99 kPa时,爆炸产生的有害效应得到有效衰减,与常压条件相比,峰值振动速度衰减70.0%,最大噪声声压级降低18.3%。通过FFT变换及EMD分解,发现筒体主振频率随着真空度提高,主振频率也随之提高,高贡献率的imf分量个数呈现增多趋势。该实验结果与分析对探究负压条件下爆炸振动及其噪声信号衰减规律,以及真空爆炸工程应用等具有重要指导意义。     

基于直接搜索方法的层合板多目标优化设计

直接多目标搜索方法(DMS)是一种不需要计算梯度信息并且能实现全局收敛的多目标优化方法。基于直接多目标搜索方法,以简支层合板铺设角度为设计变量,基频和声功率为目标函数进行层合板结构振动与声多目标优化。分别以4层、8层复合材料层合板为例,用DMS方法对其优化设计,并与传统的遗传算法(GA)对比。结果表明,对于4层复合材料层合板,DMS方法比GA方法优化速度快,且能得到全局最优解;对于8层复合材料层合板,用DMS方法比4层板优化所需时间多,但相比GA方法,DMS方法优化更快。     

Optimization of double‐layer absorbers on constrained sound absorption system by using genetic algorithm

As investigated by the Occupational Safety and Health Act (OSHA) in 1970, noise is highly responsible for the psychological and physiological ills to workers. Therefore, the noise control for an enclosed system with high echo effect becomes essential. Besides, the thickness of adopted sound absorber is occasionally constrained for maintenance, the interest in minimizing the noise under space constraint is then arising. In this paper, the shape optimization of double‐layer absorber together with genetic algorithm (GA) is presented. Before optimization, one example is tested and compared with the experimental data for accuracy check of mathematical model. Thereafter, a simple optimal program in dealing with pure tone noise of 350 Hz has been pre‐run to verify the correctness of genetic algorithm before the design in full band noise being performed. Results show that both the accuracy of mathematical model and the correctness of GA method are acceptable. Consequently, this study may provide a novel scheme with GA in solving the shape optimization of sound absorber on the constrained sound absorption system. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

航天器设备舱噪声分析及声学优化设计

噪声是载人航天器舱内非常重要的环境因素,用有限的重量代价获得需要的声学环境是航天器声学设计的主要目标。对含多个隔舱的航天器设备舱采用统计能量分析法建立噪声分析模型,根据实测声源特性分析隔舱内设备对航天员通道噪声的影响,并针对隔舱提出吸声降噪措施。选取隔舱蜂窝板及三聚氰胺泡沫吸声层的厚度为设计变量,采用遗传算法对隔舱声学设计进行优化以降低隔舱重量代价,优化结果与初始设计相比,通道最大声压级减小3 d B,满足通道噪声要求,同时隔舱重量减小9%,验证了优化设计方法的有效性。     

声阵列测试技术在微型泵降噪中的应用研究

声源定位作为机械降噪的关键之一,有效指导着产品噪声问题的解决。某微型压力水泵的噪声较大,为了有效降噪,综合声阵列测试技术和机械降噪技术,构建了一套完整的降噪优化流程方法。在声源定位过程中采用声阵列采集实验数据,利用声强法与波束形成技术获取得到微型压力水泵噪声源的主要声源位置位于套筒中部,结合流场与结构场的实验分析,进一步验证了泵体噪声主要由套筒结构的振动发声所致。在准确识别声源的位置后提出相应的降低本体噪声的改进方法并进行了验证,结果表明：增大壳体的阻抗特性和通过弱化电机与顶盖和底盖的轴向连接刚度的方式可以有效降低压力水泵的噪声。     

车身结构阻尼材料减振降噪优化设计

本文针对某一乘用车车身结构振动引起的声辐射,建立了车身结构、声学空腔以及声固耦合有限元模型,分析了该乘用车车身的声固耦合特性。通过对车身各板件的贡献度分析,确定了对车内噪声贡献度最大的壁板。针对该壁板的阻尼减振降噪优化设计,建立了拓扑优化模型,采用渐进优化算法（ESO）,计算了阻尼材料的优化布局。研究结果表明：阻尼材料的优化布局使阻尼材料的使用率大大提高,50%的阻尼材料用量能基本达到全覆盖阻尼材料壁板的降噪效果,阻尼结构优化设计对车内噪声控制具有一定的理论指导意义。     

不同雷诺数下圆柱绕流气动噪声数值模拟

基于大涡模拟和声类比相结合的混合方法对不同雷诺数下二维圆柱绕流的远场气动噪声进行预测.预测值与试验数据吻合良好.根据预测结果分析圆柱绕流气动噪声的声场特性,研究流场振荡规律对远场噪声的影响和圆柱绕流气动噪声的辐射特性,并寻找降低圆柱绕流气动噪声的途径.结果表明:随着雷诺数的增加,远场各测量点的总声压级增大;声场的最大声...     

采用矢量阵测量的水中宽带近场声全息技术研究

基于声强测量的宽带声全息技术(BAH IM)是由近场声全息(NAH)领域脱颖而出的一项技术,它由全息面上互相垂直的两个切向声强分量计算出全息面上的复声压相位,得到全息面上复声压,再进行NAH处理。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,给出了该方法在柱体中运用的基本原理,利用所编制的程序进行了仿真验证,最后,采用矢量阵进行了水中近场声全息测量实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明柱面内BAH IM技术在水中柱形声源内辐射声场的重建噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

活塞二阶运动对非道路高压共轨柴油机振动及噪声影响分析

活塞敲击是柴油机主要的振动和噪声源,其主要原因是活塞在其与缸套的间隙中做横向和偏摆的二阶运动,因此研究活塞设计参数对活塞二阶运动的影响,优化活塞动力学特性,对于发动机减振降噪具有重要意义。以某非道路四缸高压共轨柴油机为研究对象,建立活塞动力学计算模型以及整机多体动力学计算模型,通过机体和曲轴的模态试验,验证了有限元模型的准确性;采用正交设计方法,研究了活塞销偏置量、活塞裙部中凸点位置、配缸间隙对活塞动力学、整机振动与噪声的影响。研究结果表明:活塞配缸间隙对活塞敲击能量、活塞敲击力、活塞所受力矩影响最大;对发动机振动噪声敏感性分析显示,活塞销偏置是影响发动机振动与噪声性能的关键因素。     

隔膜抽气泵用复合微穿孔管消声器优化设计

针对某隔膜抽气泵的排气噪声频谱特性,提出了一种高效宽频的串并联复合微穿孔管消声器。推导了复合微穿孔管消声器传递损失的数值计算模型,并基于此模型利用Isight软件集成Actran和Matlab软件,采用多种群遗传算法对复合微穿孔管消声器的平均传递损失进行优化,来扩宽消声频带提高消声性能。对优化的消声器进行试验测试,结果表明,采用优化后的串并联复合微穿孔管消声器,其隔膜抽气泵排气噪声在全频段内都有明显下降,总声压级下降10 dB（A）,在最关心的1 000～5 000 Hz频段内,消声量最高达到了22 dB（A）。试验研究证明,所提出的复合微穿孔管消声器及其优化设计程序为控制宽频带噪声提供了一种高效可行的方法。     

韧带型手性结构固有频率优化

对具有负泊松比的六韧带手性结构的动力性能进行了研究。以提高韧带手性结构胞元结构刚度为目标,建立基于固有频率参数的优化模型。通过定义不同阶次固有频率对应的权重系数,实现了固有频率参数的归一化。选择韧带手性结构胞元的韧带厚度、圆环壁厚两个参数为优化变量,建立了结构优化方程。最后,应用遗传算法（GA）对韧带手性结构进行优化。结果表明,优化后其前几阶固有频率明显提高,为减振降噪新材料的设计与应用提供了参考。      

基于遗传算法的高耸结构环形TLD满意优化设计

针对高耸结构环形TLD的多目标优化设计开展研究。首先,建立了高耸结构环形TLD控制的动力学模型,并编制了其求解程序。随后,提出了采用Sigmoid函数作为独立满意度函数,并通过线性加权建立了复合满意度函数。进而,基于遗传算法(Genetic Algorithm, GA),选取环形TLD的几何参数作为设计变量,结构响应和阻尼器行程的复合满意度作为优化目标,建立了高耸结构环形TLD控制的满意优化设计方法。最后,针对某自立式钢烟囱,编制程序开展了其在风荷载作用下环形TLD减振的优化设计。研究表明,该方法能够快速有效地得到一组满足工程需要且较为经济的设计参数,同时该方法对权重系数的敏感度较低,降低了多目标优化设计时权重系数选择的难度。     

高速列车车体轻量化层状复合结构隔声设计

随着高速列车车体结构轻量化的发展,层状复合结构车体在高速列车上得到广泛应用,提高层状复合结构的隔声性能,是高速列车减振降噪的关键技术。基于传递矩阵法,建立"铝板+多孔材料层+空气层+碳纤维增强板"的典型高速列车层状复合结构车体隔声计算分析模型,并分析多孔材料和空气层对层状复合结构车体隔声性能的影响。结果显示,混响声场激励下,在铝板和碳纤维增强版之间仅增加空气层只能提高车体结构高频隔声量,低频部分会由于"板-空气-板"的系统耦合共振,形成显著吻合谷,导致其隔声性能在吻合谷频率处大幅下降。对此,利用多孔材料吸声原理,提出在空气层中增加吸声材料层,抑制隔声吻合低谷,通过优化设计,得出"铝板+空气层+吸声材料+空气层+碳纤维增强板"的优化结构形式,在实现车体轻量化目标同时,可有效提高其隔声性能。     

有限长圆柱绕流气动噪声源特性分析

气动噪声源的能级、分布特性及其产生根源还不够清晰。以有限长三维圆柱绕流为研究对象,基于声源方程分析气动噪声源的种类构成及其与气动参数的关系,通过数值计算得到可压非定常流场,利用气动参数定量计算圆柱顶部、中部和底部的声源大小分布,研究声源的分布特性和产生根源。结果表明,在有限长圆柱绕流场中,以偶极子声源为主,单极子声源可以忽略不计,四极子源项的值比偶极子小1～2个数量级。偶极子主要分布在来流分离点及圆柱后壁面湍流涡二次碰撞区域,四极子主要分布在来流分离点及其向后拖曳区域。偶极子声源主要由于圆柱两侧涡脱落处的脉动压力在横向(y方向)上的二阶梯度引起。以上结果为气动噪声控制的进一步研究提供了借鉴和参考。     

Optimization of piezoelectric sensor location for delamination detection in composite laminates

The optimal placement of sensors is a critical issue in detecting damage in laminated composite structures. The aim is to use a minimum number of sensors, placed at the correct locations, so that the voltage signals received from the sensor set can be used to detect both the presence and the extent of damage. In this study, an optimization procedure is developed to detect arbitrarily located discrete delamination in composite plates using distributed piezoelectric sensors. The probability of damage distribution in the plate is determined using a statistical model. A genetic algorithm (GA) is used to detect the number and location of the sensors. The analysis uses a Monte Carlo method to generate the initial population. The simulation and signal processing is performed using a finite element procedure based on the refined layer-wise theory, which is capable of modelling ply-level stresses, and seeded delaminations are modelled with Heaviside step functions. A two-way electromechanical coupled field formulation is used to describe the induced strain. The objective function is a damage index which compares the voltage signals from a healthy (no delamination) and a statistically determined delaminated model. The voltage signals are affected by the local changes in the strain induced by the presence of delamination. The optimization solutions are verified by numerical simulation as well as with experiments conducted using customized piezoelectric sensors and a laser scanning vibrometer. The results presented show that the optimum sensor pattern is capable of detecting discrete seeded delaminations in moderately thick composite plates.     

基于波叠加方法的水下声源辐射声场预报及实验研究

根据基于波叠加方法的声全息技术研究了水下声源的辐射声场预报问题,通过水听器阵列测得的复声压预报三维空间声场的声特性。数值仿真分析了一有限长圆柱壳模型在不同频率力激励作用下的声场预报精度,发现测量阵列尺寸与结构尺寸相近即可准确预测声场。水池和湖上实验分别对柱形换能器声源和加肋双层圆柱壳受激辐射声场进行了预测并和实测值进行了对比,结果表明该方法是一种稳健有效的声场预报方法。不同频率下,二者误差一般在3dB以内,能够满足工程需要。为实际水下大型结构的空间声场预报和降噪性能预估提供了工程参考。