一种三维质点振速传感器灵敏度测量方法

一种基于近场声全息技术的质点振速传感器灵敏度测量方法,在没有任何特殊声源或声学设备的前提下,通过测量或重建声场中的声压和法向质点振速来计算声阻抗,实现质点振速传感器的灵敏度测量。将该方法扩展至三维质点振速传感器的灵敏度测量,在测量或重建法向质点振速的同时,也测量或重建切向质点振速,实现三维声阻抗的估算,从而同时测量计算3个方向质点振速传感器的灵敏度,并通过实验验证了所提方法的有效性。     

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。     

基于模态叠加法的声固耦合噪声仿真与实验

在ANSYS中建立了长方体箱体的有限元模型,并计算结构模态。将有限元模型和结构模态导入Virtual Lab,计算空腔声模态,用模态叠加法计算耦合声场对激励的响应,得到了声压级分布云图和场点频率响应曲线。设计了长方体箱体的振动噪声实验,将声卡采集得到的噪声信号在Matlab中进行傅立叶分解,得到声场内一点对激振频率的响应曲线。仿真数据与实验数据有较好的一致性。     

基于矢量阵测量的振速重构近场声全息技术

近场声全息技术是一种声源识别和声场可视化技术,它通过在辐射体的近场测量声压数据可以重建和预测出整个三维空间声场的声学量.针对水中声源的振速重构问题,采用质点振速测量来进行声全息重构,推导基于振速重构的平面近场声全息技术的重建公式.利用所编制的程序进行仿真验证,采用矢量水听器进行水中全息试验,验证矢量阵应用于水中近场全息测量的可行性和准确性.试验结果表明,该技术在水中声源辐射声场的噪声源识别和定位中有着明显的优势.     

非规则结构表面多声源近场声全息方法

为了提高非规则结构表面多声源声场的全息精度,提出基于目标深度识别与球面波叠加逼近的非规则表面多声源近场声全息方法。该方法使用声源空间深度识别理论,确定结构体上各声源的空间位置,在各声源处分别使用球面波的叠加描述空间声场分布,然后结合现有单原点球面波叠加近场声全息法重构声场。为了验证方法的可行性,首先使用所述方法和现有单原点球面波叠加声全息法,分别对径向脉动球与横向振动球组成的不同声场进行全息重构。结果表明,当声源集聚分布时,所述方法与现有方法均能有效全息重构声压分布,重构误差在5%以下;当声源离散分布时,现有方法失效,所述方法能够较准确地给出重构面的声压分布,主要频段内的全息重构误差小于20%。进一步的对比实验表明,在全息重构多扬声器非规则空间分布声场时,使用所述全息方法的重构误差平均下降14.08%,显著提升了多声源非规则空间分布声场的全息精度。     

载重汽车驾驶室声场中有限元技术的应用

采用有限元方法对复杂封闭空腔-载重汽车的驾驶室内的耦合声场特性进行研究。利用Hypermesh对模型进行网格划分,通过Abaqus和LMS virtual lab分别计算结构模态和声模态,建立声固耦合模型并对所设计的驾驶室内的声场特性进行分析。研究结果表明,驾驶室内声场主要受结构模态和声模态所影响,结构-声耦合效应并不明显。因此利用有限元技术能够为驾驶室等复杂封闭空腔的结构和声学设计提供理论依据。     

流场中填充吸声材料夹层板结构与声腔的耦合特性

采用等效流体模拟吸声材料,建立外部流场作用下填充吸声材料夹层板结构与封闭空间声场的声振耦合模型,应用波动分析方法研究结构的声透射性能,分析入射声波入射角和方位角、流场流速和流向、夹层板几何尺寸和声腔深度等参数对填充吸声材料夹层板结构声振耦合特性的影响。计算分析表明吸声材料提高了结构的隔声性能;结构的隔声性能随着面板厚度和夹层厚度的增加而提高,且"板-等效流体-板"共振频率向低频移动;随着入射角、方位角、马赫数和空腔深度的变化改变了结构的隔声性能,驻波衰减频率和驻波共振频率随入射角和方位角的增大向高频移动,随空腔深度的增加向低频移动,顺流入射时随马赫数的增加向低频移动,而逆流入射时则移向高频。     

三维声强与振速波束形成结合的声源识别方法研究

针对难以准确分离同频率双声源及计算声功率值的问题,提出三维声强矢量与质点振速的常规波束形成技术结合的声源识别方法,应用于同频率双声源的定位与声功率分离中。利用三维声强矢量特性求解各探头中心处质点振速与声强值;将质点振速引入常规波束形成对各声源定位;将定位结果代入三维声强矢量分解法中,构建声强、声功率的非线性方程组,求解得各声源声功率值。在半消声室内进行实验,实验结果表明：质点振速波束形成的声源定位方法可行,三维声强矢量方程组求解各声源声功率值误差在5%以内。     

相干声场的快速预测方法研究

为解决封闭空间相干声场预测模型复杂度高、计算效率低的问题,运用复虚源原理（image-source method,简称ISM）和快速多极思想（fast multipole algorithm,简称FMA）,提出一种相干声场的快速预测方法（FMA-ISM）。首先,将封闭空间内的声源等效为一规则排布的复源点集,基于复虚源原理构建了虚拟接收点模型和考虑声场相干性的多点对多点的声场预测模型;其次,引入快速多极展开算法,将多点对多点的复杂映射关系转化为点集对点集的快速计算过程,降低虚源分析的阶数,在保证虚源模型精度的前提下提高计算效率;最后,通过仿真和实验验证了FMA-ISM方法的有效性。研究结果表明：与有限元法、声线法和虚源法相比,FMA-ISM方法预测声场场点声压级平均误差在3 dB内,模型计算速度提高50%以上。     

基于Laplace变换的瞬态声场质点振速重建方法

在瞬态声场质点振速的重建过程中,基于快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)的重建公式在零频处存在奇异性,为此提出基于Laplace变换的瞬态声场质点振速重建方法。由于该方法重建公式中的分母为复数,而该复数的实部是一个不为零的常数,因此当频率为零时,分母并不为零,从而可从根本上解决零频处的奇异性问题。以固定在无限大障板上的圆形活塞为数值仿真对象,分别运用上述两种方法对活塞表面的法向质点振速进行重建。重建结果表明当质点振速信号在零频处的能量占信号总能量的比例较小时,运用基于FFT的方法进行重建可获得较满意的重建结果;但当质点振速信号在零频处的能量占信号总能量的比例较大时,运用基于FFT的方法进行重建会产生较大的重建误差,而由于基于Laplace变换的方法解决了零频处的奇异性问题,因此运用该方法进行重建可获得较好的重建结果。     

基于正交球面波源边界点法的声学灵敏度分析

提出采用正交球面波源边界点法作为声学灵敏度算法,计算空间任意点的声学量关于设计变量的灵敏度,克服基于边界元的声灵敏度分析中所固有的各阶奇异积分和非唯一性问题,降低数值处理难度和工作量.提出近场声全息与声学灵敏度的组合分析方法,利用声全息重建出表面法向振速及其导数,然后再进行灵敏度分析,解决表面声学量获取困难的问题.数值仿真的结果充分证明该声学灵敏度分析方法的正确性和可行性.     

单全息面分离声场技术及其在声全息中的应用

提出单全息面分离声场技术,突破以往近场声全息(NAH)和基于声强测量的宽带声全息(BAHIM)的应用局限。它们的局限在于:全息面一侧的声场必须是自由声场,即要求所有的声源仅能位于全息面的另一侧;而在工业测量的情况下,这个要求是很难达到的。提出的声场分离技术,利用全息面上微粒法向振速的叠加原理和波数域的Euler公式,建立起在波数域内的声场分离公式,然后通过二维逆Fourier变换,便得到了全息面一侧声源所产生的声压,从而达到声场分离的目的。原理的推导理论上论证该技术正确性,数值仿真显示了该技术的可行性和有效性。     

混合波叠加法识别噪声源的理论与试验研究

针对基于边界元法的声全息中的奇异值积分和解的非惟一性难题及其基于Helmholtz方程最小二乘法（HELS）特殊函数选择计算问题，提出以一种稳健的声场的全息变换算法——混合波叠加法，此法用相对少量的测点数据就可重建任意形状源表面的声场。在对典型声源进行数值仿真并验证该技术重建空间声压场精度高、精确地识别和定位噪声源后，在半消声室里，运用29个传声器组成的“＋”字型平面传声器阵列，得到音箱声源的空间声压场分布及声源位置，显示出混合波叠加法在工程实践中广泛的应用前景。     

声学法炉内温度场与速度场协同测量方法研究

实时监测炉内燃烧温度场和烟气速度场是保证锅炉安全、经济运行的重要手段,声学法测物理场被认为是一种非侵入性和有效的测量方法。本文提出了一种基于声波法的炉内温度场和烟气速度场的协同测量新方法,建立了基于径向基函数的多物理场重建模型,采用Tikhonov正则化算法求解不适定问题,同时考虑了声波的折射效应对物理场的重建影响。采用典型的炉内物理场模型进行了数值模拟,模拟结果表明,本文方法能够很好的协同重建温度场和速度场。当考虑声线弯曲时能够显著提高各物理场的重建质量。算法具有较好的适应性和良好的抗噪性能,重建精度较高,标准均方根误差在10%以下。模拟实验平均计算时间为31.4 s,可保证炉内声学测量的实时性。声学法协同测量多物理场可为优化炉膛燃烧过程提供依据。     

基于单全息面三维声强测量的声场分离技术

在测量全息面三维声强和均方声压的基础上，根据平面上二维切向有功声强与复声压相位间的关系来间接获取复声压的相位，结合测得的均方声压，得到全息复声压；根据全息面上微粒法向振速的叠加原理和波数域的Euler公式，推导出基于单全息面三维声强测量的声场分离公式，将全息面两侧声源各自在全息面上产生的声压分离开来。在全息面两侧均有声源的情况下，实现噪声源的识别与定位，克服了近场声全息(NAH)和基于声强测量的宽带声全息(BAHIM)的应用局限性。数值仿真的结果证明了该技术的可行性和有效性。     

Acoustic velocity measurements in resonators of thermoacoustic systems using hot-wire anemometry

Acoustic velocity measurements in resonators of thermoacoustic systems using hot-wire anemometry technique flow are presented. The hot-wire calibration is based on the determination of the acoustic velocity reference value through an acoustic pressure measurement and their relationship using a linear acoustic model. In this model, an analytical approach involving the coupling between the sound source and the resonant cavity effects and the viscous and the thermal effects in the boundary layers is used. The amplitude and phase calibrations are reported for the first time, simultaneously, either by varying the sound source input voltage for a fixed frequency, or by varying the frequency for a given source input voltage. The amplitude calibration is detailed by using a filtering technique to eliminate either the acoustic streaming effects or the anemometer basic electric voltage variations effects. This provides a simple way to an amplitude calibration with good accuracy when measuring an average of a stationary oscillating velocity. The phase calibration is proposed here by considering the phase difference between the microphone and the hot-wire anemometer output signals. The results obtained by using a simple fluid-filled resonant cavity are encouraging on the feasibility of this method to carry out a first-order acoustic velocity measurement. However, the complexity of the dynamic calibration due to that of the heat transfer mechanism around the hot-wire probe in various frequency ranges clearly merits more investigation.     

受电弓下沉对其气动和声学行为的影响

为研究受电弓下沉对其气动行为和声学行为的影响,建立了考虑安装平台的高速受电弓计算模型,基于计算流体力学和声学类比理论,对受电弓的气动和声学行为展开数值模拟。受电弓下沉高度分别设为100、200、300、400和500 mm,通过风洞试验验证了数值计算方法的合理性。仿真结果表明：随着受电弓安装平台下沉高度的增大,绝缘子和底架迎风面正压减小,受电弓气动阻力减小;安装平台气动阻力先增大后减小,通过优化腔体过渡倾角可显著减小安装平台所产生的气动阻力;当安装平台下沉高度为300 mm、腔体倾角为30°时,受电弓开口、闭口运行时其气动阻力分别减小2.0%、1.8%,整车阻力分别减小1.4%和1.1%;受电弓气动噪声具有明显的主频特性,主要频率约为330 Hz,能量主要集中在400~2500 Hz范围内;安装平台下沉后,绝缘子和底架周围流体流速减小,绝缘子和底座的表面声功率显著降低;安装平台下沉300 mm时,受电弓远场气动噪声最大声压级减小2.02 dBA,平均声压级减小1.31 dBA;受电弓下沉可改善其气动和声学性能。