基于远场方法的结构声辐射模态研究

以平板为例，采用瑞利积分构造辐射算子，研究了通过远场方法获得的声辐射模态及其物理意义，给出声辐射模态的辐射效率，并进一步讨论了其与近场方法的声辐射模态之间的关系，明确了声辐射模态为辐射体的固有性质，可通过不同方法获得．在此基础上，运用远场方法的声辐射模态进行声功率的计算，对声功率表达式进行了截断并作进一步改进，这样仅用特征频率的前L阶声辐射模态就能计算不同频率的总声功率，使得计算和控制声功率得以简化．     

轮胎振动辐射声场有限元法与边界元法研究

为了探索轮胎振动辐射声场特征,基于实测得到的轮胎几何参数和材料参数,建立了P215/70R14型轮胎的有限元模型.将模态分析结果导入边界元软件,求解了轮胎在径向力激励下的辐射效率、辐射声功率、表面方均根振动速度、激励点法向声强及轮胎声场指向性.结果表明,在yOz平面(x轴为轮胎的对称轴)频率为61 Hz处,轮胎声辐射接近偶极子的辐射声场.在频率为451 Hz处,轮胎声辐射接近四极子的辐射声场.当频率高于451 Hz并继续升高时,声场指向性趋于复杂.该结果为进一步探讨轮胎在真实激励条件下辐射噪声的计算奠定了基础.     

基于时域声辐射模态的结构噪声主动控制研究

以平板为例，在时域里对声辐射模态进行了初步研究．研究表明时域声辐射模态既与时间无关，也互相独立，使得计算和控制声功率得以简化．针对瞬时声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定的特点，在时域里进行结构噪声的主动控制研究，提出了新的主动控制策略，即通过抵消第一阶辐射模态的声功率使得总的声功率得以有效降低．在此基础上，建立基于FXLMS算法的自适应前馈控制系统，进行仿真计算，结果证明了主动控制策略是有效的．     

基于格林函数的无障板结构声辐射分析

研究了处于无限大流体声介质中无障板简支板的声辐射问题．利用三维声场中声波方程的格林函数，推导了辐射声压的一般解析表达式．计算表明宽频带总辐射声功率级随着板厚的增加而降低，而激励处于中心点的位置对降低宽频带总辐射声功率级是不利的．     

利用声场重构预估声源辐射声功率

针对中低频声辐射,提出了基于声辐射模态、利用声场重构进行声功率预估的方法.通过声场重构获得声源辐射的整个声压场,基于远场径向积分来计算声功率,推导出了辐射声功率计算公式.以平板声源为例进行仿真验证,讨论影响预估精度的一些因素,分析声场重构法预估声功率的稳定性,并与工程测量法进行对比分析.结果表明,由于声场重构法基于近场测量,能够获得远场足够多的信息,在测点不多的情况下可以达到更高的预估精度,并且具有很好的稳定性.     

环肋对两端带半球帽圆柱壳声振特性的影响

为了研究加环肋轴对称壳的声振特性,建立了计算两端带半球帽圆柱壳水中声辐射的有限元与边界元三维模型,分析了加肋高度、宽度、数量对轴对称壳表面平均振动速度、辐射功率、辐射效率、激励点法向声强、声场指向性的影响.应用有限元软件Ansys建模及模态分析方法,将数据导入边界元软件Sysnoise中计算,从而分析结构耦合状态下的辐射声场特性.结果表明,随着环肋高度、宽度及数量的增大,激励点法向声强、表面平均振动速度以及辐射效率和辐射声功率随频率变化曲线的峰彼此错开;环肋高度、宽度、数量增大时激励点法向声强以及辐射声功率均有增加,表面平均振动速度减小,因而导致声辐射效率增加;在0~800Hz频率范围内,环肋高度和宽度变化对声场指向性影响差别较小.     

基于声辐射模态的板加筋位置优化

为了降低筋板结构振动辐射噪声,提出了两种加筋位置优化模型。一种采用遗传算法直接搜索辐射声功率最小时的加筋分布;另一种取声辐射模态的辐射效率作为优化各阶声功率的加筋数权重,然后采用遗传算法逐阶搜索声辐射模态的声功率最小时的加筋分布。对一典型板结构,使用这两种优化模型进行加筋位置优化的数值计算。计算结果表明了两种优化模型的有效性;并分析了加筋位置对各阶声辐射模态的声功率的影响。在加筋位置优化的基础上,采用声功率灵敏度进一步优化了筋的结构参数。     

深水中复合材料椭圆柱壳声辐射的数值分析

用有限元／边界元法分析深水中复合材料椭圆柱壳的声辐射．首先利用有限元分析壳体的受迫振动，然后提取壳体表面（耦合面）数据，作为声场分析的边界条件，并计及流-固耦合作用，从而可用边界元计算壳体的辐射功率以及壳体表面、近场和远场声压，结果表明系统的耦合振动模态对于其辐射声场具有重要影响．     

水下结构声主动控制压电传感器/作动器布置研究

研究了板水下声辐射主动控制时压电传感器/作动器的布置问题.基于声振耦合理论,在低于临界频率情况下对结构模态和声极子的相互关系做了深入的分析,建立了板波数和辐射声功率间的关系,并据此提出了模态抑制和模态重组方法相结合的压电片布置方案.结合有限元/边界元数值计算方法,对所提出的压电片布置方案进行了结构辐射声功率控制的定量计算.与应变理论和角落单极子理论相比,基于声振耦合理论的压电片布置方案在高频段给出了更好的辐射声功率控制效果,同时所需要的控制作动电压相对大幅下降.     

瞬态声场特性的时域边界元分析和实验研究

本文利用时域边界元技术从理论和实验上讨论结构振动表面的声辐射特性.由于此法是在时间域内分析声振关系,既可以计算稳态声场特性,又可以计算瞬态声辐射规律,为工程实际问题的理论研究提供一种新的声场预报手段.     

用边界元法计算结构振动辐射声场

讨论了用边界元法计算结构振动辐射声场的数值方法。对计算中的积分奇异性采用三角形斜坐标系、退化单元法进行处理,构造了三角形、四边形线性等参元和四边形二次等参元。对特征频率处解不惟一问题采用ＣＨＩＥＦ加Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子法进行处理。构造单元具有简单、规范和精确等优点,可用来计算已知表面振速结构的声辐射,或与相应的结构有限元结合,计算结构的振动辐射声场。以脉动球和辐射立主体为例,计算了结构表面声压、声     

随机振动声辐射计算的三次B样条插值的统计边界元法

基于三次B样条插值的统计边界元法,对随机振动结构声辐射的计算进行了研究。以随机振动球作为算例,计算了其在表面振速功率谱密度函数分布已知情况下的随机声场,计算结果与理论解比较表明：即使在边界是剖分比较粗的情况下,利用该方法计算随机振动结构声辐射问题在相当宽的振动频率范围内,也能给出良好的计算精度。     

Orthogonal spherical wave source boundary point method and its application to acoustic holography

When solving acoustic radiation problem in the routine boundary point method (BPM), the inverse of the particular solution matrix of surface normal velocities is needed and the matrix must be full rank and reversible. However, the type of the particular solution sources is single and the sources are not linear independent, so the locations of the particular solution sources inside the vibrating body must be selected carefully. But, in the routine BPM, the loca-tions are determined by an experiential formula, so the method may be invalid for a complicated vibrating body. In this paper, the construction method of the particular solution sources is improved first, and the singular value decomposition (SVD) technique and the Moore-Penrose pseudoinverse are adopted to realize the inversion. As a consequence, the particular solution matrix of surface normal velocities can be non-full rank and the locations of the particular sources can be determined easily. On the basis of the improved BPM, the spherical wave sources of different orders are proposed to be the particular solution sources. Here, all particular solution sources are located on only one point inside the vibrating body, so the problem of the locations of the particular solution sources is thoroughly solved, and such particular solution sources that are useless for the calculation results are discarded. The theoretical model is established at first, and then the proposed method is used to realize the nearfield acoustic holography (NAH). Subsequently, an experiment is investigated to validate the feasibility and correctness of the proposed method and its application to acoustic holography.     

水中加肋球壳振动和声辐射研究

考虑球壳内表面设置加强环肋，借助狄拉克δ函数引进环肋对壳体的作用，建立水中弹性薄球壳的声振耦合系统的运动微分方程．基于势流理论和系统的耦合方程，通过变量的勒让德级数展开求解方程，演绎出可覆盖中、低和高频激励的加肋球壳的振动和声辐射的解析解．依据所得公式和相应的数值计算重点分析了加强肋对结构声辐射特性的影响．结果表明：由于环肋的存在，大大增加了耦合系统共振频谱的复杂性，对于中频激励，环肋的设置能明显地改变结构的声辐射特性．该方法有好的计算精度和计算速度．     

通过声辐射模态研究结构噪声的有源控制

以简支矩形板为例 ,通过声辐射模态控制结构噪声 ,并分析了声辐射模态的数学和物理意义 研究发现在中、低频时 ,辐射模态对应的辐射效率随着模态阶数的增加而迅速降低 本文以点力作动器作为控制力源 ,以声功率最小化为控制策略进行主动控制 并且进行了数值计算研究     

基于径向积分边界单元法的内场声学分析

由于Helmholtz方程的基本解是频率的函数,传统边界单元法在处理声场特征值问题时具有天生的缺陷.采用Laplace方程基本解生成积分方程,通过径向积分法将在此过程中产生的域积分项转化为边界积分.此方法克服了传统边界单元法系数矩阵对频率的依赖,同时克服了特解积分法和双重互易法对特解的依赖,将内场声学特征值问题转化为广义特征值问题.最后通过内场声辐射分析和声学特征值分析验证了算法的有效性.     

弯曲振动薄圆盘的最佳尺寸设计

弯曲振动圆盘在空气强功率超声领域方面应用广泛.对于给定的工作频率,弯曲振动薄圆盘的半径和厚度的选择存有多种,哪一种才是辐射效率最高的设计方案呢？作者从弯曲振动薄圆盘的振动特性出发,推导了弯曲振动圆盘在自由、固定和简支边界条件下模态声辐射效率的表达式.利用高斯数值积分,计算了前四阶振动模态下弯振圆盘的模态声辐射效率,得到了圆盘在给定激励频率下某一固定模态振动时的最大声辐射效率及圆盘在此状态时的尺寸,这个尺寸就是最佳设计尺寸,为弯曲振动辐射薄圆盘和阶梯圆盘的设计提供了参考.