基于声辐射模态讨论声能量辐射与传递

声辐射模态表示了振动声源表面的辐射模式。基于声辐射模态讨论了振动声源表面声能量辐射和声场中声能量传递的性质,给出声能量辐射和传递的模式。采用表面声强描述振动声源表面的声能量辐射,采用声强描述声能量在声场中的传递。表面声强和声强可分解成两部分,一部分将辐射的声能量传递到远场;另一部分表现为振动声源与声场之间的能量交换。针对矩形板分析了声能量辐射和传递,数值计算结果与理论结果一致。结果表明基于声辐射模态讨论声能量辐射与传递是可行的和有效的。     

声辐射问题中的模态分析,Ⅱ.实例

声辐射模态和声场分布模态分别描述了复杂振动表面的辐射模式和声场的分布模式。通过数值计算,揭示声辐射模态和声场分布模态的物理含义。针对球形声源、旋转体声源和立方体声源,给出了声辐射模态和声场分布模态的几何图案。第一阶模态表示单极子辐射行为,第二阶到第四阶模态表示偶极子辐射行为,第五阶到第九阶模态表示四极子辐射行为。声辐射模态和声场分布模态将多极子分解方法应用于复杂声源声辐射问题的讨论。     

声辐射问题中的模态分析:Ⅲ.声场重构

声辐射模态是定义在振动表面上的一组互相独立的基函数,描绘了振动表面的多极子辐射模式。声场分布模态是定义在声场中的一组互相独立的基函数,描绘了多极子辐射的声场分布模式。振动表面的声辐射可以唯地用声辐射模态和声场分布模态展开表示。对于声场重构,关键问题就是确定展开系数。在声场中选择N个测量点,测量声场的有关声学信息,求斛展开系数,从而重构整个声场。针对平板辐射和球形声源辐射的声场进行重构,数值计算的结果与理论分析结果一致。     

基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法

为了提高分布式结构声源的声场重建精度,本文提出了基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法.该方法首先利用声场叠加原理和结构振声传递特性,建立了结构声源表面振动与辐射声场之间的振声传递关系解析表达式,得到便于快速计算的振声传递矩阵,能够解决连续分布、相干结构噪声源的声传播模型精细化表征问题.然后利用振声传递矩阵作为传递算子进行声场重建,并与迭代加权算法相结合.通过将基于单元辐射叠加法的声场预报结果与解析法预报结果进行比较,验证了单元辐射叠加法具有较高的准确性.并将基于单元辐射叠加法的声场重建方法与传统等效源法近场声全息和迭代加权等效源法相比较,通过仿真分析与矩形板声场重建实验证明了基于单元辐射叠加法的声场重建方法能够改善结构声源的声场重建精度并增大近场声全息的有效测试距离范围.     

采用球面波叠加法还原自由声场的方法

为解决非自由声场中近场声全息重建时,干扰声在目标声源表面产生的散射影响,提出一种基于球面波叠加法的自由场还原技术。该技术首先采用基于球面波叠加法的声场分离技术获得向内和向外传播的声场,然后以目标声源的表面导纳作为边界条件,实现目标声源辐射声和散射声的分离,从而获得等效于自由声场的测量条件。该技术为准确实现非自由声场中的噪声源识别创造了条件。文中首先详细描述了该技术的基本原理,并提出一种最优球面波展开项数选取方法,最后通过数值仿真说明了该技术的有效性。结果表明:在频率较低时,散射声影响较小,采用声场分离技术和自由场还原技术效果相当;但随着频率升高,散射声影响逐步增强,必须采用自由场还原技术才能准确获得目标声源辐射声。      

三弹性圆柱壳体多重耦合声辐射计算方法

为研究多圆柱壳组合结构的声辐射特性,采用模态叠加法建立了3个并排无限长弹性圆柱壳的振动声散射耦合物理模型,充分考虑了三圆柱壳的表面振动与散射声场的耦合,其中散射声场可分解为各圆柱壳刚性散射声场和弹性辐射声场的叠加,数学上将各壳间的声场耦合关系通过柱函数加法公式描述。利用该物理模型,分析了多重散射对稳态声场求解结果的影响,比较了三圆柱壳耦合系统与单个圆柱壳系统的辐射声场指向性、声压级及辐射声功率级的差异及其产生机理,结果表明:结构弹性耦合声辐射不仅在低频对总声场有显著影响,在高频范围也不可忽略;另外,针对本文设定参数的组合圆柱壳,在150 Hz以上频段,两旁圆柱壳对中间圆柱壳在正横方位产生了声辐射遮蔽效应,垂直方位则体现声泄漏作用。本文建立的方法可推广到三维空间任意多壳结构的声振耦合建模。      

声场匹配波叠加法的水下结构声辐射预报

提出了一种适用于典型结构声辐射预报的声场匹配波叠加方法。该方法利用少量的参考点声压,通过声场匹配搜索等效源分布,得到最小二乘意义下的最优等效源位置。并研究了表面振动测点位置、数目及振动分布的离散性对声场预报精度的影响。最后在半空间消声水池中,对两端带帽圆柱壳的声辐射预报进行了试验验证。结果表明:等效源最佳位置一经确定,即可利用结构的表面振速,对不同激励下的该结构进行声辐射预报。该方法在较宽频段内对不同的振动分布有较好的适应性。      

基于贝叶斯算法的CPU散热片结构自动优化

本文基于数值模拟、结构设计、优化设计以及贝叶斯优化算法提出一种针对散热片结构的自动优化框架，并对CPU正弦式散热片的振幅、周期和高度进行结构优化。结果表明，优化后的正弦式散热片与平板式散热片和初始正弦式散热片相比，表面平均努塞尔数提高了195%，表面最高温度降低了6.51?C。分析了优化前后正弦散热片场协同角的变化，进一步证实了流场和温度场协同性能对散热的本质影响。     

板结构的声辐射模态分析及其高分辨率法向振动速度重建

提出了一种基于声辐射模态的速度基向量构建方法,该速度基向量不受网格划分的影响,可用于高分辨率的板结构法向振动速度重建。首先对板表面稀疏网格的声辐射模态进行计算,再以声辐射模态和模态系数构建板法向振动速度分布的基向量,然后由声场测量声压求解基向量系数,最后由该系数和加密网格的速度基向量重建高分辨率的板法向振动速度分布。以简支板声源进行仿真计算,当测量声压信噪比为30 dB时,低频的法向振动速度重建误差最低可达3.7%;以固支板声源在消声室中进行实验验证,131.5 Hz振动频率下的重建误差低于7%。该方法实现了只需要少量声压测量点即可精确重建板声源更高分辨率的法向振动速度分布。      

声辐射问题中的模态分析:I理论

针对复杂振动表面的声辐射问题,提出一种模态分析方法。在振动表面上所有法向振速分布构成一个Hilbert空间;并在此Hilbert空间中,定义了一个包含声辐射性质并且是线性自伴正的算子。通过这个算子,确定了在Hilbert空间中的一组基函数,作为辐射模态,描述了振动表面的辐射模式。基于辐射模态,应用Helmholtz单层势构造了一组声场基函数,作为声场分布模态,描述了辐射声场的分布模式。声辐射行为可用辐射模态和声场分布模态展开表示。一种模态分析的方法引进声辐射问题的研究之中。     

内部体积源作用下的圆柱壳内外声场特性

圆柱壳内各型体积源辐射噪声特性研究是声场建模和声场预报的前提.为了研究具有指向性的大尺度体积源特性对水下航行器结构内外声场的影响,本文结合薄壳理论、等效源和柱腔Green函数构造了体积源激励下的壳体振动耦合方程,研究了体积源表面声散射作用和指向性强弱对圆柱壳内外声场的影响.数值计算结果表明,体积源构造的准确性与其等效源位置有关,等效源配置在体积源几何中心与其结构表面之间0.4—0.6时,可以提高声场计算结果的准确性;大尺度体积源表面的声散射作用会导致壳体内部声场结构发生改变,内声场声腔共振峰发生偏移,并且在部分频段引起较强的声透射现象;此外,体积源指向性变化对壳体内外声场强弱影响较小,其显著作用表现在改变了外辐射声场的远场指向性.该研究结果对噪声预报和控制有一定的参考价值.     

电力变压器绕组振动声纹特性分析*

为更加准确分析变压器绕组的状态特征,本文提出一种基于多物理场耦合仿真的变压器绕组振动声纹特性分析方法。根据实验条件,建立变压器绕组振动噪声模型,考虑变压器绝缘油在噪声传播过程中的作用,对S13-M-200/10型号的油浸式变压器进行短路实验,测量油箱表面的振动加速度以及周围空间的声音信号。仿真结果与实测数据对比分析,油箱表面的振动加速度集中频率为100Hz,空间声音信号集中频率为100Hz和200Hz,验证仿真模型的有效性。最后,建立变压器机械故障的仿真模型,分析得到变压器发生机械故障时,声音信号中100Hz频率分量减少,200Hz频率分量增加,为变压器绕组故障诊断提供依据。     

基于时域多普勒修正的运动声全息识别方法

由于运动声源测量信号中多普勒效应的存在,一般声全息方法无法直接使用,而阵列信号波束成形处理方法无法进行定量分析.本方法建立了基于测量面、辐射面和全息面的运动学几何关系,提出了声源与测量信号之间的非线性时间映射方法,基于运动声源的声源特征函数,构造了消除多普勒效应的全息面时域声压分布.全息重建得到运动声源表面有效声压分布,实现了对主要声源处声压幅值的定量估计.实际运动声源的测量实验结果证明了该方法的有效性.     

Reduction of sound radiation by using force radiation modes

The location of a vibration source within a machine is sometimes found to have a significant effect upon its radiated acoustic power. It is known that a simple reduction of vibration cannot always reduce the radiated acoustic power, so that treatments based on analysis of a structure’s vibration modes are not always effective. At the same time, radiation mode analysis is known to be a powerful tool for interpreting sound radiation since those modes are independent of a structure’s surface vibration. However, knowledge of the radiation modes alone cannot be used directly to understand the relationship between vibration source location and acoustic power radiation. In this paper, it is shown that the radiation mode concept can be extended to understand the relationship between acoustic power and driving force distribution by considering the product of the structure’s mobility matrix and the radiation modes: the resulting functions are here defined to be force radiation modes (f_rad-modes). An example is presented in which the acoustic power radiated by a simply-supported, baffled beam is reduced by using guidance provided by the structure’s force radiation modes. The results demonstrate that the force radiation modes can be used to guide the reduction of radiated acoustic power by changing the driving force location without the need to perform additional calculations or experiments.     

基于平面声源进行结构声辐射有源控制的实验研究

采用分布式平面声源作为次级声源,对振动钢板的声辐射进行了抵消实验,验证了以往研究中的一系列关键理论。实验研究结果表明:一个平面声源可以控制钢板奇-奇模态的声辐射,两个平面源可以控制结构偶-奇或奇-偶模态的声辐射,同时也可以控制结构奇-奇模态的声辐射;平面声源的面积和布放位置对降噪效果有重要影响,采用单个平面声源控制时,平面声源面积越大,控制效果越好;基于近场声压的误差传感策略是有效可行的,实际中,将近场测量面的声功率作为有源控制的目标函数与总声功率作为目标函数是一致的;控制后远场声压和声强都得到有效降低,部分区域的声能向声源流动,近场声压及声强分布也发生显著变化。     

Effect of acoustical damping with a porous absorptive layer in the cavity to reduce the structure-borne sound radiation from a double-leaf structure

Structure-borne sound radiation from a double-leaf structure with a porous absorptive layer in the cavity is studied theoretically as well as experimentally. The study is for establishing a countermeasure to reduce the structure-borne noise radiated from an interior leaf into rooms and for clarifying its reduction effect. The sound field radiated from a double-leaf elastic plate with layers of arbitrary media in the cavity set into vibration by a point force excitation is theoretically analyzed. The effect of the bulk vibration of an absorptive layer is also considered by a simple model into the present theory. Radiation reduction of an inner-layer derived from the theory is experimentally validated. Parametric studies reveal that increasing the ratio of an absorptive layer thickness to the cavity depth is effective to reduce the structure-borne sound radiation but high flow resistivity of the absorbent material is not necessarily required. A practical equation to predict the mass-air-mass resonance frequency for absorbent cavity case is given in a simple form.     

Research on sound radiation from body in free field

I.IntroductionWhenastructurcvibratcs,itsvibratingsurfacewillmakesurroundingmediummovetogethcrwithit.Ifthernotionissofastthatthcmediumroundthestructureproduccaloca1contractionandcxpansionandthcypropagatefaraway,thesoundradiationisformed.Itispossiblctodcscribeanalytica11ytheradiationfic1dofsimplyandregularlyshapcdsourcessuchaspointsoundsourccs,spherica1soundsourccsandinflnite1engthllnearsoundsourccs,butitisa1mostimpossib1ctosolvetheradiationfiledbyanyanalyt-ica1methodforsourcesofvcrycomplicateds…     

Numerical study on reduction of the elevated structure noise by surface absorption on plate girders

With the aim to propose a reasonable and effective countermeasure for the elevated structure noise, the sound field radiated by a steel plate girder, which is the main source of the elevated structure noise, have been theoretically analysed. In the present study, steel plate girders are modelled as infinitely long elastic plate strips placed in parallel and numerical examples on the sound field radiated by the steel plate girders are shown. In the analysis of the radiated sound field, the equivalent source method is employed. Effect of the surface absorption on the sound field radiated by the girders is discussed through numerical examples. The results show that the surface absorption is effective for reduction of the radiated sound field, especially in the area that increase of sound pressure due to reflection by adjacent plate girders is observed. Furthermore, to design for reasonable countermeasure, variation of the noise reduction effect due to changing the pattern of surface absorption area on plate girders is classified.     

cMUT阵元的声学分析与环形扫描成像

电容式微机械超声换能器(cMUT)具有宽带宽、灵敏度高、机械阻抗低和与电子电路集成制造等优点.由于超声换能器声场设计的好坏决定了成像质量的优劣,为了明确阵元参数与辐射声场的关系,该文对不同的阵元参数进行了计算仿真.与压电陶瓷超声换能器的结构不同,cMUT阵元是由多个电容单元(cell)并联构成.因此分析了cell的半径...     

环境因素对海-气界面低频异常声透射的影响研究

针对海中声源在海-气界面低频异常声透射问题, 根据两层媒质声传输模型, 分析了大气声速和密度与气压、气温、湿度及海水中声速和密度与海温、盐度间的关系, 研究了低频声透射和传输受温度、气压、盐度、湿度等因素的影响, 分析了各因素对声透射和传输的影响程度. 结果表明: 1) 声透射到大气中的声功率与气温、湿度负相关, 与海温、盐度、气压正相关; 2) 单极子与水平偶极子声源辐射到海中的声功率与海温、盐度负相关, 而垂直偶极子声源辐射到海中的声功率与海温、盐度正相关; 3) 声透射指向性与海温正相关, 与气温负相关; 4) 低频声透射受温度影响最大, 其次是盐度, 受气压和湿度影响较小, 垂直偶极子声源的声透射受温度影响大于水平偶极子和单极子声源.