基于声固耦合理论对捕捞航行器的湿模态分析

为保证海洋捕捞作业水下航行器的安全高效运行,水下航行器工作时应避免受自身发动机影响,与外壳发生振动从而激励外场海水介质形成辐射声场.基于声固耦合理论,针对水下航行器工作环境的特殊性与空气中干模态,采用更加复杂的湿模态分析方法.将流体视为可压缩的声学介质,利用ANSYS分析软件模拟航行器在水中的真实悬浮状态.求解出前十阶...     

基于辐射噪声线谱削峰的双层加肋圆柱壳结构声学设计

为降低水下航行器辐射噪声线谱,提出了一种弱辐射双层加肋圆柱壳结构. 采用机械阻抗理论分析了环肋圆柱壳模态响应幅值控制机理;引入圆截面内运动假设,利用模态展开法推导了环肋径向机械阻抗表达式;基于阻抗失配、波形转换原理,设计了阻抗加强环肋模型,并利用波动理论分析了其隔振性能;考虑壳间托板的强耦合作用,对托板进行了阻波设计. 将阻抗增强肋骨和复合阻波托板联合应用到双层壳结构声学设计中,数值分析了设计前后双层壳振动与声辐射性能. 结果表明:提出的新型双层加肋圆柱壳能有效实现辐射噪声线谱削峰,振动均方速度、辐射声功率和辐射声压大幅降低,具有显著的减振降噪效果.      

水下航行器声通讯安装结构涡流噪声分析

孔腔及凸体作为水下航行器表面的常见结构，其产生的涡流噪声对搭载在水下航行器上的声学仪器的信号精度有不容忽视的影响．根据水下航行器上搭载的声通讯调制解调器安装结构抽象出几何模型，即孔腔、凸体组合结构，采用LES—Lighthill等效声源法对该孔腔、凸体组合结构的流场及声场进行仿真，通过分析不同模型的流动机制及涡流噪声特性，指出了凸体高度对涡流噪声的影响．研究表明，凸体高度与孔腔深度相等时，产生的涡流噪声最小．研究成果为水下航行器声通讯安装结构的设计提供了依据．     

模糊自适应滤波算法在自主水下航行器组合导航系统中的应用

复杂水下工作环境中的诸多不确定因素均有可能导致自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)导航系统的量测噪声模型发生变化,且噪声统计特性难以准确获得.为获得更为准确的状态估计值,提出一种基于模糊逻辑的自适应滤波算法,使量测噪声方差阵可以根据实际情况进行自适应调整从而逼近真实量测噪...     

外壳与肋对双层回转壳体的振动声辐射影响

本文以圆柱壳体为例讨论了回转壳体单双层壳体结构在流场中振动声辐射的数值计算方法,并建立了其有限元和边界元分析模型。先利用有限元软件ANSYS计算水下航行器结构和外部流体介质的耦合振动,得到耦合振动的节点位移响应值。再将数据导入边界元软件SYSNOISE计算了流体结构耦合状态下壳体结构的辐射声功率和辐射效率等声学量。借助这两个软件计算得出壳体在流场中的振动声辐射特性,分析了外壳与肋对双层回转壳体振动声辐射的影响。本文分析计算了不同形状壳体结构在单点简谐激振力作用下产生的结构振动和声辐射特性。通过比对单双层壳体结构以及改变双壳结构外壳、肋骨厚度情况的振动声辐射特性,综合分析后得出外壳与肋对双层壳体结构水下辐射声的影响。     

多种激励条件下复杂圆柱结构的中频声辐射预测及验证

利用混合有限元-统计能量分析法,研究不同激励条件下复杂圆柱结构的声辐射特性.构建了一种空中及水下航行器的典型结构——复杂圆柱结构.在半消声室中测量了圆柱结构腔内声压级水平.结果表明:在不同激励条件下,该方法预测的复杂圆柱结构在中频段的声压值与实验测量结果比较吻合,能够较准确反应各个频率段及拐点处的声辐射情况.预测误差随激励的类型及频率的改变存在一定差异,其中声-力混合激励下预测误差最小.随着频率的增加预测精度越来越高.     

非共面加筋结构能量有限元分析研究

为了拓展能量有限元分析在复杂耦合结构振动响应预示中的应用，基于能量有限元理论与能量传递系数计算方法，提出一种针对非共面加筋结构的能量有限元建模分析方法，通过与经典文献中的计算数据进行对比验证方法的合理性，再基于算例分析获取非共面加筋结构在单点简谐激励作用下的能量密度分布规律，并与无加筋的情况进行对比.研究表明：横向激励作用下，结构中的弯曲波能量密度明显高于另外两种面内波，并且加强筋的存在会对面内波的传递起到阻碍作用.     

控制板壳弯曲振动波导吸振器的统计能量分析

提出用统计能量分析方法研究控制板壳弯曲振动的波导吸振器的新方案，通过计算相关参数来讨论和分析在安装波导吸振器后板壳振动能量的损失情况．数值仿真结果表明波导吸振器在控制板壳弯曲振动方面具有很好的作用     

实时广义相关时延估计器

在水下航行体的测试中，通常采用被动定位方式获得航行体的运动轨迹，被动定位一般利用空间关系已知的3个或3个以上的水听器来接收目标的辐射噪声，由时延估计器求得这些噪声信号间的相对时延，从而实现目标定位，广义相关时延估计器是其中具有重要价值的一类时延估计器，但是，由于所处理的信号是随机信号，其频谱结构起伏大，时变性强，且存在环境噪声的干扰，其先验权函数难以预知，因而极大地影响了估计器的性能，为了解决这一问题，提出了实时权函数估计算法，并设计了多DSP并行处理系统加以实现，通过在不同时间和水域对不同水下航行体的实际测试检验了估计器的有效性，实际应用表明，该广义相关器在目标源信号谱结构变化时时延估计性能基本不受影响，具有稳健的时延估计性能和自适应能力。     

出海管路系统的噪声振动及声辐射

采用统计能量分析方法（SEA），通过一定的简化，建立了出海管路系统声传播和管口声辐射的简单SEA理论模型，分析了在平稳随机噪声激励下通海管路系统各组成结构的能量分布和管口声辐射功率，并研究和对比了不同管道几何参数情况下的管口辐射噪声，实验结果与其他数值分析方法所得结果较为吻合，SEA为各种声学参数的计算年代了一条较为可靠和高效的途径。     

装甲车板结构声强度和振强度的测量研究

装甲车辆内部的Ａ级噪声高达１１４．４ｄＢ，是一个国内外都在力求解决的理论和技术性难题，装甲车辆噪声的很大一部分来自它的板结构的振动声辐射。文中利用声强测量技术和开发的振动强度测量方法与系统，对一装甲车车体板结构的声辐射和振动能量流进行了测量分析，给出了它们声振特性的动态结果，确定出了甲板各个部分的声辐射量、振动能量流和相互间的一些联系，为装甲车辆减振降噪措施的合理化提供了依据，具有一定的实际应用意义。     

含黏弹性夹层托板的减振降噪性能分析

为降低托板连接双层圆柱壳振动与辐射噪声,采用波动理论分析了含黏弹性夹层板振动波传递特性;基于阻抗失配原理,将黏弹性夹层板引入到双层壳托板结构中,并利用有限元和边界元法数值分析了新型托板结构减振降噪性能,讨论了托板夹层黏弹性参数变化对双层壳振动声辐射性能的影响.结果表明:含黏弹性夹层的板结构对振动波具有较强的阻抑作用;采用黏弹性夹层托板能有效降低双层壳振动声辐射性能,辐射声功率较普通托板连接平均降低约9.4dB.     

声振分析在机床噪声研究中的应用

机床是由不同零部件组成的复杂机械结构。本文根据刚性活塞和矩形板箱类结构的声辐射能力和特点,对C6 150车床的主要发声体进行了分析;利用谱分析和相干分析,确定了该机床的主要噪声和振动源;通过声模拟实验和声振分析计算以及振动测量,研究了床头箱体在整机噪声中的作用。研究结果表明,该车床噪声主要产生于床头箱体后壁和主轴端的振动,引起这些振动的主要原因在于箱内振动及传递,箱内空气声对整机噪声和振动几乎不起作用。     

控制板壳弯曲振动波导吸振器的统计能量分析

提出用统计能量分析方法研究控制板壳弯曲振动的波导吸振器的新方案,通过计算相关参数来讨论和分析在安装波导吸振器后板壳振动能量的损失情况。数值仿真结果表明波导吸振器在控制板壳弯曲振动方面具有很好的作用。     

轴承力作用下船舶尾部声振特性研究

利用有限元(FEM)/边界元法(BEM),建立了桨-轴-船尾部结构耦合振动模型,以实效伴流场下的螺旋桨轴承力作为激励源,分析了螺旋桨不同方向轴承力对尾部结构声振特性的影响.研究结果表明:在螺旋桨轴承力的作用下,船体结构振动响应峰值与螺旋桨倍叶频(BPF)或尾部结构固有频率相近;尾部结构水下辐射噪声特性随频率变化明显,当频率较低时,尾部结构的辐射噪声沿船长的分布相对均匀;随着频率升高,尾部结构的局部声辐射特性增强;水平力为引起船体结构振动并向外辐射噪声的主要分量.     

柴油机机体声辐射模态特性分析

本文首先从结构振动模态理论的角度，论述了结构振动与声辐射之间的基本耦合关系，提出了结构声辐射模态的有关理论，用结构的声辐射模态参数来表征结构本身的固有声辐射特性。然后将该理论应用于柴油机机体的声辐射特性分析。利用有限元技术，建立了柴油机机体的动力学模型，并经过理论计算得到机体的模态参数。在此基础上，应用文中提出的声辐射模态理论，对机体进行了声辐射模态参数计算，获得了柴油机机体的声辐射特性，从而为机体的低噪声设计提供了依据     

波浪及海洋水声环境中的船舶水弹性力学理论与应用

1984年诞生的浮体三维水弹性力学理论把海洋波浪环境中水面或水下航行器的耐波性分析、结构外载荷分析、结构强度与疲劳分析及结构振动分析融合在了一个统一的流固耦合理论基础上.经三十多年发展,该理论拓展成了两个主要的研究分支考察波浪激励下结构动响应的船舶三维水弹性理论,和考察水中声学效应的船舶三维水弹性理论,后者也称为船舶三维声弹性理论.中国船舶科学研究中心以工程需求为牵引,较为系统地创新建立了航行船舶三维线性与非线性水弹性理论、复杂海洋地理环境中的浮体水弹性理论、海洋水声波导环境中的船舶三维声弹性理论,开发了相应的数值分析方法和软件.有关理论方法和软件已广泛应用于解决船舶、海洋工程结构物以及水下航行器的性能预报、设计校核与优化等关键技术问题.本文并非综述世界上船舶三维水弹性和声弹性理论的发展情况,而是简述其基本概念及以中国船舶科学研究中心为主建立的理论的内涵,同时介绍了相关理论方法和软件在预报一艘55万吨矿砂船和一座8模块超大型海洋浮体在波浪中的水弹性响应,及一个简化潜艇结构模型在水中的声辐射的应用例子.最后,简要讨论了船舶三维水弹性和声弹性理论进一步发展与应用的某些重要方向.     

多类振动噪声源下舰船水下噪声的耦合声场计算方法

针对具有DTMB 5415船型的某护卫舰,提出水动力、机械和螺旋桨等3类典型振动噪声源共同作用下舰船低中频水下噪声的耦合声场计算方法.基于URANS方法采用SST k-ω湍流模型,数值模拟了该舰在某航速下的非定常流场,并将其作为该舰的水动力噪声源;以某型螺旋桨的脉动压力与实测噪声数据作为机械振动源和螺旋桨噪声源.建立了该舰结构有限元-流体声学间接边界元(FEM-IBEM)声振耦合计算模型,以船体结构前40 000阶干模态作为声振耦合求解声学响应的模态基,计算了该舰在上述3类噪声源共同作用下0～500 Hz水下辐射声功率级,分析了各类噪声源辐射噪声的指向特性和频谱特性.比较了工程中常用的各噪声源辐射声级直接线性叠加方法与耦合声场计算方法的差异.研究表明,耦合声场计算方法的计算效率和精度更高,是多类振动噪声源激励下舰船低中频水下辐射噪声预报的优选数值计算方法.     

城市轨道交通高架桥“降噪型”动力吸振器参数优化

针对高架桥动力吸振器不能有效降低桥梁结构噪声的问题,以城市轨道交通中应用较为广泛的箱梁为研究对象,基于车辆荷载作用下振动与噪声试验,结合板件声辐射理论,研究声辐射效率对桥梁结构噪声频谱特征及幅值的影响。在此基础上,根据车-轨-桥有限元仿真得到的箱梁振动与结构噪声频谱结果,合理选择减振目标频段;结合多重动力吸振器(MDVA)参数优化理论,进行参数优化设置,并进一步对比分析有、无MDVA工况下的桥梁振动与结构噪声的差异。研究结果表明:声辐射效率对桥梁结构噪声的频谱特征及幅值的影响不可忽视;该"降噪型"动力吸振器能够在总体振动水平改善幅度不大的情况下获得较好的降噪效果。     

基于LES/FW-H耦合模型的水下高速运动体流噪特性分析

空化未出现时,水下运动体的流动噪声以结构噪声、机械噪声、仪器噪声等为主,这些噪声主要以多极子形式辐射,线谱与宽谱共存,且随流速与环境压力而变化。而空化一旦发生,水下运动体流动噪声的噪声谱产生明显变化。为研究水下高速运动体噪声特性,以平头回转体为研究对象,基于流体体积(VOF)多相流、SchnerrSauer空化模型,建立了大涡模拟/Ffowcs Williams-Hawkings(LES/FW-H)耦合数值模型,并进行了流场仿真和水洞实验研究,获得了不同工况下水下运动体流噪特性。结果表明,水洞实验中,当空化数降低到0.8左右,才能明显看到空泡形成;水洞壁面湍流扰动所引起的噪声为水下运动体流噪的主要来源;运动体流噪与速度和压力有关,速度越大,噪声幅值越大;环境压力越大,噪声幅值也越大;运动体航行产生空泡后,其噪声特性发生改变,流噪变得更为复杂,起伏变化更快。