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.     

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.     

基于无网格Galerkin法的连续体结构拓扑优化方法研究

基于一种新型的数值计算方法-无网格伽辽金法（EFG）;采用拓扑优化方法中的SIMP法,以节点相对密度为设计变量、结构柔量最小为目标函数,建立结构拓扑优化的数学模型;然后采用优化准则法,推导设计变量的迭代格式,分析其灵敏度,在拓扑优化设计中采用敏度过滤技术有效地遏制了点态棋盘格的产生;最后用Matlab软件编写了相应的计算程序,完成实例优化,并将结果与基于有限元法的优化结果相比较,证明了该方法的正确性和有效性。     

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.     

结构特征值灵敏度的半解析伴随变量法

灵敏度分析在结构优化设计和可靠性分析中起着至关重要的作用。针对特征值敏度的解析法在有限元分析中不足,本文提出了一种基于半解析的伴随变量特征值敏度分析方法,用有限差分法代替了常规的解析求导。另外,针对导数矩阵稀疏性的特点提出了一种新颖的存储方法,并将这种方法应用于伴随变量法涉及到的导数矩阵存储,节省了存储空间。最后将本文提出的伴随变量方法与常见的解析法敏度分析方法进行对比,证实本文方法在精确性和计算效率上得到了较大的提高,且非常适合于大型结构的敏度分析。     

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。     

基于虚拟激励法的车辆振动灵敏度分析及优化

针对车辆行驶平顺性优化问题,提出基于虚拟激励法的灵敏度分析方法。车辆采用三维有限元模型,路面不平顺视为平稳高斯随机过程。通过对运动方程的微分处理,用虚拟激励代替外激励项,可以高效、精确地得到设计变量的一阶、二阶灵敏度信息;再结合适当的灵敏度优化方法,达到提高车辆平顺性的目的。算例数值结果表明文中方法的正确性和高效性。     

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。     

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RAMP插值模型结合导重法求解拓扑优化问题

在连续体拓扑优化领域中,寻求更好的建模方法和更快的求解算法一直是研究人员的研究重点。为此,针对拓扑优化设计方法中的变密度法进行深入分析。研究和比较各向同性惩罚微结构法(Solid isotropic microstructure with penalization,SIMP)和材料属性有理近似模型(Rational approximation of material properties,RAMP)的优缺点后,建立基于RAMP法的优化模型,并结合导重法求解算法,用于结构拓扑优化领域。详细推导单、多工况的最小柔度拓扑优化的迭代公式,给出导重法各变量的物理定义,并分别对单工况和多工况两个典型算例进行拓扑优化计算。算例结果令人满意,同时表明RAMP插值模型结合导重法求解结构拓扑优化问题具有设计变量少、迭代次数少、收敛速度快、优化效率高的特点,验证了其可行性和高效性。     

基于有限元法的结构优化与灵敏度分析

探讨了用有限元法进行结构优化与灵敏度分析的一般思路 ;介绍了优化与灵敏度分析的基本理论及利用 I-DEAS软件进行优化的过程。以某轻型客车的车架为例 ,选弯曲刚度、扭转刚度和一阶扭转频率为性能约束 ,根据灵敏度分析结果 ,按高刚度、轻质量的要求 ,选择出有效的设计变量进行了重量最轻或性能最优的结构优化 ,并得出相应的结论。     

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。     

Research on acoustic-structure sensitivity using FEM and BEM

Acoustic-structure sensitivity is used to predict the change of acoustic pressure when a structure design variable is changed. The sensitivity is significant for reducing noise of structure. Using FEM (finite element method) and BEM (boundary element method) acoustic-structure sensitivity was formulated and presented. The dynamic response and response velocity sensitivity with respect to structure design variable were carried out by using structural FEM, the acoustic response and acoustic pressure sensitivity with respect to structure velocity were carried out by using acoustic BEM. Then, acoustic-structure sensitivity was computed by linking velocity sensitivity in FEM and acoustic sensitivity in BEM. This method was applied to an empty box as an example. Acoustic pressure sensitivity with respect to structure thickness achieved in frequency ranges 1–100 Hz, and its change rule along with stimulating frequency and design variable were analyzed. Results show that acoustic-structure sensitivity method linked with FEM and BEM is effective and correct. __________ Translated from Journal of Vibration Engineering, 2005, 18(3): 366–370 [译自: 振动工程学报]     

直齿轮耦合转子系统的振动可靠性研究

为了探索随机变量对直齿轮耦合转子系统的振动可靠性的影响排序,为产品在设计阶段提供理论参考,首先,基于有限元法,建立了参数化的直齿轮耦合转子动力学模型；其次,结合随机摄动技术、可靠性设计相关理论,建立了随机响应模型和可靠性求解模型；然后,基于修正后的可靠性灵敏度计算方法,提出了针对齿轮耦合转子系统的可靠性灵敏度设计模型,研究了齿轮参数的改变对转子系统可靠性的影响；最后,在基本随机变量是混合变量的情况下,对其灵敏度进行了无量纲化,得到可靠性对各个基本随机变量的影响程度的排序.研究结果表明,对可靠性影响最大的因素为啮合角,需要严格控制.     

基于FBMC的水声信道估计与温度因素的研究

水下环境的复杂性对水声通信带来挑战,不同温度、深度和盐度的海洋环境对通信性能的影响值得关注。本文对温度因素影响下的水声信道进行分析,为进一步研究基于滤波器组多载波(FBMC)水声信道估计问题提供了参考。将FBMC/OQAM调制技术引入水下,研究基于FBMC的水声信道估计技术。通过改进导频结构来适应复杂多变的水声信道,采用迭代方法获得精确度更高的信道信息,进一步提高信道估计性能。理论分析和仿真结果表明,本中所提的新基于干扰近似方法(IAM)导频迭代信道估计算法在水声信道中有更好的性能。     

对求解约束优化问题中的变量轮换法的改进

在利用约束变量轮换法优点的基础上,建立了一组新的搜索方法,迭代过程类似于约束变量轮换法,并使约束变量轮换法的效能得到加强。通过实例分析显示,它具有比约束变量轮换法更高的计算精度和稳定性。     

对求解约束优化问题中的变量轮换法的改进

在利用约束变量轮换法优点的基础上，建立了一组新的搜索方向，迭代过程类似于约束变量轮换法，并使约束变量轮换法的效能得到加强。通过实例分析显示，它具有比约束变量轮换法更高的计算精度和稳定性。     

轴对称有限元的结构形状优化分析

采用有限元法的求解技术 ,对轴对称弹性问题的形状优化方法进行研究 ,给出了位移和应力对设计变量的导数灵敏度方程。以实心旋转等厚圆盘和某航空发动机压气机盘为例 ,对其截面进行形状优化分析 ,并与差分法的结果进行了对比。