有限元/边界元法求解变厚度板的声辐射

利用超参数壳单元建立了变厚度板的有限元方程,并求出谐波激励下板表面的位移响应和速度响应。利用Rayleigh积分公式得到变厚度板的声压,然后将声辐射功率表示为速度响应的正定二次型。将板的声辐射功率对设计变量求导,求出变厚度板声辐射的灵敏度。以厚度线性变化的简支矩形板为例进行了数值仿真,首先研究了倾斜角对固有频率以及板中心点挠度影响,然后进一步研究了激烈频率以及倾斜角对板声辐射特性的影响。     

复合夹层板声辐射快速数值计算

采用哈密顿原理建立了水下复合夹层矩形板在机械激励作用下的振动与声辐射模型,并通过瑞利-里兹法求解动力学方程,夹层板的位移场用离散层理论进行描述,为了减少系统运动方程的维数,利用近似处理方法使得各位移分量均可用横向位移来表示.计算板表面声辐射阻抗时,给出了一种基于一重积分的快速计算的方法.计算结果与有限元软件ANSYS分析的结果一致,证明了算法的正确性.最后分析了夹芯板芯层几何参数与材料参数对声辐射的影响,指出根据具体工况合理设置芯层厚度和弹性模量能有效降低辐射噪声,可用于结构噪声被动控制.     

求解水中结构声辐射特性的虚拟声源方法研究

利用模态展开法和波叠加原理,发展求解水中结构声辐射特性的方法,进一步将波叠加原理与有限元法(FEM)相结合,提出求解结构声辐射特性的半虚拟声源半FEM算法.将结构动力学方程中的声压项表示为结构表面振速积分的形式,或者将结构动力学方程和结构与介质交界面相容性条件中的声压项表示为虚拟声源函数的组合形式,对所得方程进行模态展开和傅里叶逆变换,分别建立关于振动模态系数的求解方程和虚拟声源强度与振动模态系数的耦合方程,然后根据波叠加原理,确定虚拟声源强度,获得两种求解结构声辐射特性参数的方法.最后,利用FEM和波叠加原理建立结构的动力学方程,结合交界面相容性条件,获得耦合的求解方程,从而确定虚拟声源强度.以水下矩形板为例进行了辐射声功率求取,并讨论了对虚拟声源数目的敏感性.结果表明:本方法具有较高的计算精度,尤其适用于低频声辐射问题的计算;由耦合方程计算声辐射特性参数时,无须计算结构的辐射阻抗,提高了计算效率.     

矩形板条纹振动模式指向性计算

从矩形薄板的振动特性出发,提出了一种改进的弯曲振动矩形板.因该板在自由边界下无解析解,作者应用有限元法,将自由边界弯曲振动辐射面进行离散、提取模态参数并进行处理.结合瑞利积分编制程序,求出了自由边界矩形板条纹振动模式的辐射声压及指向性,并与改进前的矩形薄板的指向性做了对比.结果表明,改进后的矩形薄板轴线方向上的指向性比改进前的明显尖锐.这对矩形板作为弯曲振动辐射源的应用提供了一定的依据.     

弹性长方体封闭结构腔声辐射建模与分析

基于Dowell的结构-声耦合理论、瑞利积分和声波透射理论,由各阶声压模态对应的声压振幅响应和各阶板模态对应的速度振幅响应公式推导出了由6块四边简支弹性板构成的封闭矩形腔外的辐射和透射声场解析解.在此基础上论述了声场的物理特性,并指出腔体外的声场主要为辐射声场.为进一步验证结果的正确性,运用有限元法计算腔体内的声模态和弹性板的振动模态及其耦合系数,结合边界元法计算出腔体外的声压响应,并将此数值仿真结果与解析结果进行比较,验证了理论推导的正确性.     

功能梯度板与均匀板固有频率之间的相似转换

基于经典板理论,研究功能梯度材料板的自由振动响应.通过消去功能梯度材料板的自由振动控制微分方程中的面内位移,发现功能梯度板与均匀板的控制方程的相似性,由此得到功能梯度材料板与均匀板固有频率之间的相似转换关系.在给定功能梯度材料板的材料性质在横向任意连续变化的情况下,给出无量纲相似转换系数的解析表达式.该系数集中反映功能梯度板的材料非均匀性对振动频率的影响.因此,可将功能梯度材料板的自由振动问题的求解转换为同样几何尺寸和边界条件下均匀板的振动问题的求解以及相似转换系数的计算问题.这一方法可为非均匀板的分析和求解提供便捷途径,便于在工程中应用.     

弯曲矩形板的广义位移解

本文引入了广义支承边的概念,给出了弯曲矩形板的广义位移解。从广义位移解可导出在各种载荷作用下具有各种边界条件矩形板的弯曲位移公式。因此,今后对矩形板的弯曲位移无需再行求解,为获得它们只需对广义位移解进行简化即可。广义位移解是编制弯曲矩形板通用程序的理论基础.     

功能梯度压电压磁材料矩形板自由振动问题三维精确解

研究四边简支接地的功能梯度压电压磁材料矩形板的自由振动问题.假定材料性质沿板厚方向满足指数函数分布规律,将位移、电势和磁势展开成双三角级数,由三维控制方程导出以位移、电势、磁势及其沿板厚方向的导数为状态变量的状态方程,由此得到功能梯度压电压磁材料矩形平板自由振动问题的精确频率方程.     

基于ACTRAN的结构振动声辐射故障检测

文章对随机激励下结构振动声辐射问题进行研究,利用ACTRAN软件对简单结构体的振动声辐射问题进行了系统的分析,运用有限元-无限元方法对不同监测点进行定义加载,分析了声辐射声压与振动幅值的关系,同时,利用实验进行分析验证.结果证明:随着激励频率的增大,结构体振动幅值与声辐射声压值变化呈正相关关系,即激振频率越大,振动幅值与声压值的变化也变大.同时,有裂纹的结构体裂纹处的振动幅值与声压值比正常结构体变化非常明显,从而为运用振动与声学进行机械设备非接触故障诊断的研究提供了新的方法.     

多参考通道自适应有源结构声辐射控制系统参考信息的拾取研究

理论研究了多参考通道自适应有源结构声辐射控制系统参考信息的拾取问题,利用二维空间采样定理,对简支条件下矩形板的受激振动信号的采样点的个数和布放作了研究,给出了恢复矩形板的振动信号的解析形式,并作了数值计算和误差分析,得到的结果具有普遍性,对结构振动的近场声辐射的预测及进行有源噪声抵消的研究和应用具有重要的意义     

新型纵弯复合换能器频率特性及辐射声场研究

各边界条件下矩形厚板辐射声场的辐射声场的解析解很难得到,因此利用有限元法分析了由夹心换能器与矩形厚板组成的新型纵弯复合换能器谐振频率的影响因素和辐射声场。结果表明矩形厚板几何尺寸对纵弯换能器频率产生较大影响,谐振频率随着接触面积的增大而增大;随着厚度的增大,各模态频率变化趋势与单独矩形板随厚度增大时频率变化不同;频率较低时,谐振频率随着矩形板宽度的增加而增大,但在频率较大时振动比较复杂,规律不明显需根据具体实际情况确定;同时实验测试结果表明模拟结果与实验结果误差较小。辐射声场研究结果表明矩形板几何尺寸会对复合换能器声场产生不同影响,相同振动模式下随着频率的增加,换能器在各模态频率下的指向性峰值变大且越来越尖锐,并且在主峰外出现了较多次峰;当板厚度增加,相同模态下的指向性变得更加尖锐,其结论可为纵弯振动复合换能器实际工程应用提供理论参考和频率调试依据。     

轨道交通混凝土箱梁低频噪声贡献源及空间分布

以轨道交通双线混凝土简支箱梁为研究对象,建立车辆-轨道-箱梁有限元模型和箱梁振动-辐射噪声有限元-无限元模型。结合现场试验,计算了箱梁整体和各板件的声场分布及各板件的声压贡献。结果表明,有限元-无限元模型能够准确预测箱梁的结构噪声;腹板对梁侧声压贡献较小;近场声压主要受底板的影响,其次是翼板;远场声压主要受底板和顶板的影响;在底板以下空间,底板对声场起控制作用;箱梁同一高度,顶板声压贡献略大于翼板,两者起主要作用;顶板以上区域,顶板声压贡献远大于其他板件。     

纵振-方形声源辐射声场的计算

指向性是描述声源的一个很重要的声性能参数.边界自由条件下,方形薄板没有位移解析解,加之纵振换能器在激励方形辐射板时与板有一定的接触面积,不能视为点接触,这增加了计算纵振一方形辐射声源指向性的难度.本文基于对瑞利积分公式的离散,结合有限元数值计算方法,计算了不同激励面积下方板的指向性.结果 表明:激励面积将影响方板表面节...     

聚焦声源声场的有限元研究

以声波动方程及其边界条件为基础,建立了高强度聚焦超声的声场有限元模型,用该模型对水中的声场分布进行了数值模拟计算。首先与实验结果进行了对比,然后计算了轴向声场分布,并与瑞利积分的结果进行了比较,表明二者计算结果基本一致,并分析了造成误差的原因,从而,验证了该方法的正确性。     

水中薄板振动和辐射声场特性

为了探究裂纹薄板在水中的振动和辐射特征,提出了一种置于无限大障板上的裂纹薄板水中振动频率以及辐射效率的简便计算方法。在假定薄板小振幅振动、水中模态挠度近似为真空模态挠度的条件下,利用瑞利积分得到了因流体压而引起的附加质量密度;进而应用瑞利方法得到了薄板水中振动频率与真空中振动频率、量纲一附加虚质量增量之间的关系;在真空中模态的有限元方法计算所得数据以及采用适当方法处理奇点积分的基础上,应用离散积分计算了量纲一附加虚质量增量的值;从真空中模态特征频率出发用迭代法计算,直到水中频率收敛为止,得到水中薄板的特征频率,并计算了薄板的模态辐射效率。     

有源结构声辐射控制分布次级力源模型

在结构声辐射的主动控制中，以矩形板结构压电陶瓷为次级分布力源，首次建立具有最佳抑制声辐射效率的分布压电振动力学模型，在此模型基础上实验分析了简支状态下的模态效应，这为ＴＭＳ３２０Ｃ３０信号处理系统的有源结构声辐射控制试验系统解决了重要理论问题，该系统较之以点力为次级力源系统前进了一大步，并具有通用性。     

多阶梯圆盘辐射阻抗的计算与分析

根据频率方程设计弯振阶梯圆盘时,若盘的工作频率一定,其基底厚度和半径可以有多种变化.为提高辐射效率,希望辐射阻尽可能大.作者利用叠加法,以二阶梯圆盘为例,推导出多阶梯圆盘辐射阻抗的计算公式,计算了阶梯数目一定时,相对辐射阻抗与基底厚度的关系,也计算了基底厚度一定时,相对辐射阻抗与阶梯数目的关系.结果表明,基底厚度越大、阶梯数目越多(对应的半径也越大)的阶梯盘,其相对辐射阻越大,但辐射抗的变化规律并不明显.     

基于声辐射模态确定声功率

利用声辐射模态方法研究了声辐射问题．以声辐射模态表示振动表面的多极子辐射,构成一组基函数,采用声辐射模态展开振动表面辐射的声场信息．在声场中,选择包围振动表面的封闭表面,振动表面辐射的声功率为声强在该封闭表面上的积分．基于声辐射模态和声场分布模态,推导了计算任意形状振动表面辐射声功率的计算公式,丰富了声辐射问题中的模态分析内容．针对平板辐射,数值计算结果令人满意．