潜水器动力舱振动与声辐射

基于壳体水弹性理论,探讨了潜水器动力舱振动与声辐射建模及分析方法,并对常用潜水器动力舱振动和声辐射进行了分析．结果表明,该舱振动复杂,模态密度大,难于避开动力源工作频率;其频率响应峰值集中在中低频段,响应大小与激振频率和激振方向有关;阻尼对频率响应影响较大,敷设阻尼材料降噪效果显著．     

结构振动模态声辐射理论及试验研究

从结构振动声能辐射的一般规律、自由声场的能量分布及传送方式和结构振动模态原理入手，对结构振动模态的声能辐射与外加激励，模态参数间的关系进行了理论推导和研究。得出，当激振点不变时，激振力级的变化与振动模态加射的平均声压级成线性关系；若激振力不变，振动模态辐射的平均声压级与模态振型元素级成线性关系。对以上结果在自由声场中试验验证，理论值与实测值基本相符。     

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     

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。     

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．     

低频桨-轴-壳体耦合振动声辐射机理研究

为揭示低频桨-轴-壳体水下结构耦合振动声辐射机理,利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,从螺旋桨、推进轴系以及壳体结构传递特性出发,分析了各结构低频段模态频率与桨-轴-壳体耦合结构响应频率之间的相关关系,由此提出了桨-轴-壳体结构纵向和横向耦合振动声辐射峰值对应的优势模态。研究表明:螺旋桨桨叶对桨-轴系统的振动影响比较大,尤其是螺旋桨的全桨叶同向伞型弯曲振动对桨-轴-壳体的纵向振动声辐射贡献明显;桨-轴-壳体耦合系统的纵向声辐射声源级曲线峰值主要对应于壳体一阶纵向振动、桨-轴系统一阶纵向振动、壳体二阶纵向振动和螺旋桨全桨叶同向伞型弯曲振动,横向振动声辐射声源级曲线峰值主要对应于壳体弯曲振动及桨-轴系统弯曲振动;低频段螺旋桨纵向单位力引起的声辐射明显大于横向力作用下的声辐射。     

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.     

结构声辐射主动控制中模态辐射效率分析

结构声辐射主动控制的“控制溢出”是一个重要问题,它直接关系到结构声辐射主动控制的成败。本文从“结构模态声辐射效率”出发,提出了结构声辐射“优势模态”和“劣势模态”新概念,全面阐述了振动结构中各种模态对声场的影响,为解决低频结构声辐射主动控制中“控制溢出”的理论问题提供了一条有效的途径,文章中以四角简支矩形板为研究对象,对其模态辐射效率进行了理论导并进行了结构声辐射主动控制实验验证,得出了和文中一致     

混凝土薄板结构振动声辐射试验与分析

针对低频的结构振动声辐射问题,以几何尺寸为1.6 m×1.6 m×0.06 m的混凝土薄板为研究对象,在半消声室中采用单点激励的方法,试验研究了不同荷载幅值、频率、激励位置对混凝土薄板振动声辐射特性的影响,并通过正交试验设计,分析了混凝土薄板结构辐射声压对激振荷载的敏感性.研究结果表明：随着激振力幅值的增大,混凝土薄板结构辐射的声压越大,且在激振幅值增大一倍时,结构振动加速度和声压也随之增大近一倍;第一阶模态固有频率对结构振动贡献最大,该频率下的结构噪声辐射值也最大;通过激励点位置在薄板对角线上的改变,发现激振点位置对于空间场点的声压影响明显,但远场点影响相对较小;以场点峰值声压作为指标,通过正交试验分析,确定激振频率对薄板结构声辐射的影响最大,激振幅值次之,激励位置影响最小.     

充液双层壳的振动与声辐射计算

对某充液双层壳的结构振动和声辐射特性进行了研究.运用MSC/PATRAN建立结构的有限元模型,在MSC/NASTRAN平台上,考虑流固耦合效应,对水下双层壳结构进行频率响应分析,得出可用于声学分析的数据文件.再利用边界元软件SYSNOISE,导入上述结果文件作为边界条件,对双层壳结构进行声辐射数值分析.实例研究证明双层壳之间的不同肋骨设置对壳体的振动特性和结构声辐射的影响较开孔的数目影响大.     

薄板扬声器的声辐射特性研究

引入扬声系统的音质评价标准,研究薄板扬声器相对于动圈式扬声器声辐射特性的优劣.建立了四边简支矩形薄板在单点激励下受迫振动的力学模型,根据有限元理论,利用Matlab将薄板划分为318个三角形单元模拟薄板的弯曲振动,利用Matlab对可听声频段内的50个点的声压级进行数值计算,得到频率响应特性,薄板扬声器的频率响应曲线比动圈扬声器平直,没有明显的辐射指向性,非线性失真和瞬态失真小,可实现双向同相位辐射,音质特性优于动圈扬声器.     

周期自由阻尼设计板结构振动与声辐射特性分析

为了探究更高效的阻尼减振降噪结构设计,基于阻尼减振降噪技术和人工周期结构原理,开展了周期自由阻尼设计的板结构振动与声辐射特性研究。首先,建立了板结构声振响应有限元仿真模型;其次,对比了周期自由阻尼设计与传统自由阻尼设计的板结构振动与声辐射特性差异,并分析了不同参数变化对周期自由阻尼作用效果的影响;最后,开展了相关实验研究与仿真规律验证。结果表明：相比于传统自由阻尼设计,周期自由阻尼设计可以获得更好的减振降噪效果,且有助于实现阻尼结构的轻量化设计,但也会改变结构的声辐射效率;选用高弹性模量的阻尼材料、合理设计阻尼单元形状和适当减小阻尼单元截面积都有助于提高周期自由阻尼设计的性能,而阻尼单元粘贴角度的变化对其作用效果的影响较小;实验结果验证了仿真规律的可靠性。     

复合自由度波导抑振器的振动声辐射模态

针对附连在无限大障板上的复合自由度波导抑振器(Combined DOF Waveguide Suppressor),用等效的Timoshenko梁理论描述了它的自由振动并确定了该问题的精确解.基于声辐射模态理论研究了波导抑振器声能量辐射和声场中声能量传递的性质;给出了用声强形式表示的声能量辐射模式和声能量传递模式.结果表明,表面声强和空间声强可以分成两部分,一部分将辐射的能量传递到远场;另一部分表现为抑振器本身与外部流场之间能量的交换.     

水中有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射

根据模态分析法,推导了水中有限长纵向加肋圆柱壳体的耦合振动方程.其中纵向肋骨的作用表现为在基本圆柱壳体流固耦合振动方程中增加相应的附加阻抗,因此壳体的振动和声辐射由壳体机械阻抗、辐射阻抗和纵向肋骨附加阻抗所决定.在此基础上通过算例对水中纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射进行了研究.研究表明,纵向加肋对水中圆柱壳体的辐射声功率影响不大,但壳体表面平均振动速度明显降低,相应的辐射效率增加.     

基于声辐射控制的板结构优化设计

分析了影响板结构声辐射的主要因素,得出了结构振型主导中低频声辐射、振幅决定高频辐射的结论.根据分析结果,针对中低频提出了板结构的振型优化方案;针对高频段提出了振幅优化的方案.对一典型板结构,使用这2种优化方法对其不同频段的声辐射进行了优化的数值计算,计算结果表明,振型优化法在中低频段效果较好,而振幅优化法则更加适合于高频段的声辐射控制.     

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。     

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．     

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。     

振动板声辐射模态伴随系数的测量

以工程常见四端位移为零的振动板为例,提出一种新的压电式传感器的设计方法测量第一阶声辐射模态伴随系数．利用特定形状的PYDF（Polyvinylidene fluoride聚偏氟乙烯）薄膜作为误差传感器,使PVDF输出信号为所需要的第一阶声辐射模态伴随系数．结果表明PVDF传感器不仅适用四边简支,四边固定以及介于两者之间的边界条件板结构,而且所设计的PVDF形状作为误差传感器对振动结构表面振速分布变化十分敏感．试验数据表明利用PVDF传感器测量振动结构第一阶声辐射模态伴随系数是可行的。     

通过PVDF测量简支梁声辐射模态伴随系数

PVDF（Polyvinylidene fluoride,聚偏氟乙烯）是一种新型的压电高分子材料,它具有独特的压电效应,近年来受到人们广泛关注,笔者在声辐射模态理论及一维分布式压电传感器输出电压方程基础上,利用PVDF独特的积份特性,以简支梁为例,通过设计PVDF压电薄膜传感器的形状,测量了简支梁第一、二阶声辐射模态伴随系数,并对实验数据进行了分析比较。