基于多目标形貌优化的缸盖罩低噪声设计

为降低柴油机缸盖罩结构辐射噪声,运用有限元边界元法对其进行了噪声虚拟预测,得到噪声贡献量突出的关键模态.将缸盖罩结构的静态整体刚度和动态多阶关键频率统一为Euclidean 距离的多目标函数,采用带权重的折衷规划法对缸盖罩进行多目标形貌优化,并考虑装配、加工工艺性等因素重新设计了缸盖罩CAD模型.在保持边界条件一致的情况下,对重新设计后的缸盖罩进行噪声分析,结果表明:改进后的缸盖罩整体刚度得到加强,关键频率避开了主要辐射噪声共振频率区域,总声功率级下降3.5 dB(A).      

结构声辐射边界元声学灵敏度研究

声学灵敏度反应了结构振动引起的辐射声压与结构表面法向振动速度之间的关系.分析了基于边界元法的结构振动声辐射计算原理,推导了声学敏度.用有限元法计算结构动力学响应,以有限元法计算的结构振动速度为边界条件,基于边界元法计算结构振动幅射的声压及声压对振动速度的灵敏度.以一六面体的振动为研究实例,得到了其振动的外场声压及其对结构振动法向速度的灵敏度.结果表明声学灵敏度只与结构几何形状及设计域点的位置有关.     

水下声散射问题的奇异积分研究

奇异积分和近奇异积分的数值计算是实施边界元法研究水下目标声散射特性的一个难点,全局法是一种可以将面积分转化为计算沿边界曲线的线积分,基于全局法的思想,推导得到了边界元法中奇异积分和近奇异积分的数值计算表达式．仿真结果表明通过奇异积分和近奇异积分的精确处理,提高了边界元法的数值计算精度;且由于得到的数值表达式是闭合的,提高了积分的计算速度;得到的数值表达式不仅可以用于水下声散射特性研究,在声辐射、电磁散射等研究中都可以得到满意的精度．     

Wave superposition based sound field reconstruction

In order to overcome the obstacle of singular integral in boundary element method (BEM), wepresented an efficient sound field reconstruction technique based on the wave superposition method (WSM). Itsprinciple includes three steps: first, the sound pressure field of an arbitrary shaped radiator is measured witha microphone array; then, the exterior sound field of the radiator is computed backward and forward using theWSM; at last, the final results are visualized in terms of sound pressure contours or animations. With thesevisualized contours or animations, noise sources can be easily located and quantified; also noise transmissionpath can be found out. By numerical simulation and experimental results, we proved that the technique aresuitable and accurate for sound field reconstruction. In addition, we presented a sound field reconstruction sys-tem prototype on the basis of this technique. It makes a foundation for the application of wave superpositionin the sound field reconstruction in industry situations.     

二维非连续边界元分析积分计算的精确表达式

以二维弹性力学问题为研究对象,采用线性非连续元离散边界积分方程,给出了系数矩阵计算的精确表达式,对二维弹性力学问题进行了数值计算,对非连续边界元配位点对计算结果精度的影响进行了讨论,结果表明准奇异积分计算是配位点影响计算结构精度的主要因素。     

潜艇螺旋桨直接辐射噪声的数值计算

采用计算流体力学与声学边界元方法相结合求解了潜艇尾部大侧斜螺旋桨的直接辐射噪声.与一般螺旋桨噪声计算不同的是,螺旋桨非定常计算时引入了潜艇尾部桨盘面的速度分布作为非均匀来流,能够提供更加真实的螺旋桨脉动压力源场.提取桨叶表面的声偶极源项后,采用边界元方法,求解FW-H方程,得到了螺旋桨空间测点的声压谱和总声级.桨盘面速度分布由全附体潜艇粘性流场数值计算得到,其可信性由艇体表面的压力系数与试验值的比较给予了验证.螺旋桨数值模型的可信性由敞水特性预报值与试验值的比较进行了验证.     

用于短脉冲激光与牙齿作用过程监测的声学传感器的设计

介绍了用于激光和牙齿作用后产生的等离子体监控的声学传感器的设计方法,可用于对激光作用过程的监控。     

腹板开孔对轨道交通箱梁振动噪声的影响

实测了城市轨道交通简支箱梁各板件的振动与近场噪声, 结合板件声辐射理论研究了箱梁结构振动辐射噪声和箱梁振动的关系; 基于箱梁结构噪声易产生绕射的低频特性, 计算了矩形混凝土板件在不同开孔工况下辐射的结构噪声变化情况; 在考虑箱梁腹板开孔的基础上建立了车辆-轨道-箱梁耦合有限元模型和箱梁振动-结构噪声有限元-无限元模型, 分析了箱梁腹板开孔前后各板件的振动和结构辐射噪声变化情况。研究结果表明: 箱梁板件声辐射效率随频率的增加并不呈现线性关系, 箱梁各板件近场低频(低于250 Hz) 辐射噪声与结构振动加速度级也并非简单的线性关系, 箱梁辐射噪声由箱梁振动和箱梁各板件声辐射效率共同决定; 对于两端简支的开孔板件, 在开孔率基本一致(0.4%左右) 的情况下, 开孔直径越小, 板件振动辐射噪声声压级越小; 采用有限元-无限元方法模拟箱梁近场低频结构噪声, 既能解决单独采用有限元法时声场边界反射的影响, 也避免了采用有限元-边界元方法时多软件交叉使用的不便; 腹板开孔虽然增加了箱梁板件在某些频率(100~125 Hz) 处的振动响应, 但由于箱梁内、外部声场连通, 使得声短路效应增加, 降低了板件的声辐射效率和相应频段的噪声; 腹板开孔后在1~250 Hz频段内顶板、底板和腹板附近的总声压级分别降低了9.43、2.74和1.63 dB, 从而使箱梁结构噪声得到了控制。      

基于矢量传感器阵列的二维波达方向估计研究

矢量水听器由声压传感器和质点振速传感器复合而成,可以空间共点、同步测量声压和质点振速的各正交分量.相对于声压水听器阵来说,矢量阵获取声场中更多的信息,利用矢量阵所获得的速度场的信息可去除目标方位估计中的模糊.多重信号分类(MUSIC)算法是通过对数据协方差矩阵进行本征分解获得信号空间谱估计的方法.文中采用矢量水听器均匀线阵研究了利用MUSIC算法对声源进行二维角度估计,通过对声压水听器和矢量水听器阵MUSIC算法的仿真对比得出结论:声矢量阵比声压阵具有更好的波达方向估计性能.另外,文中还采用空间平滑技术对相关信号源进行解相关从而得到良好的二维波达方向估计性能.     

Effect of absorption layer on interior sound field of sonar dome

Using the finite element method (FEM) and boundary element method (BEM) and considering the sound absorption layer which is covered on the backing of the sonar dome, the interior field in the dome which is excited by the incident plane wave has been studied. This method is validated by comparing numerical results with that of classic elastic theory. Then the effect of parameters of the sound absorption layer on interior sound field has been analyzed. The numerical calculation results show that uniformity of interior sound pressure is improved when the backing is covered with a sound absorption layer. The thicker the layer is, or the higher the loss factor of layer is, the more uniform the sound field is.     

Wave Number Method for Three-Dimensional Steady-State Acoustic Problems

Based on the indirect Trefftz approach, a wave number method (WNM) is proposed to deal with three-dimensional steady-state acoustic problems. In the WNM, the dynamic pressure response variable is approximated by a set of wave functions, which exactly satisfy the Helmholtz equation. The set of wave functions comprise the exact solutions of the homogeneous part of the governing equations and some particular solution functions. The unknown coefficients of the wave functions can be obtained by enforcing the pressure approximation to satisfy the boundary conditions. Compared with the boundary element method (BEM), the WNM have a smaller system matrix, and is applicable to the radiation problems since the wave functions are independent of the domain size. A 3D acoustic cavity is exemplified to show the properties of the method. The results show that the wave number method is more efficient than the BEM, and it is fairly accurate.     

螺旋桨无空泡噪声的研究

文中建立了一套时域范围内螺旋桨无空泡噪声的预报方法：将基于速度势的非定常面元法计算的螺旋桨表面压力分布作为无空泡噪声计算的输入量,采用声学FW-H方程的Farassat公式获得声压的时间历程,再通过离散傅里叶变换得出噪声的频谱图.通过对计算结果的比较和分析,得出螺旋桨在无空泡状态下,厚度噪声要比载荷噪声小得多,可忽略不计.载荷噪声和厚度噪声具有明显的指向性,载荷噪声声压级在桨轴方向最大,在桨盘面方向最小.     

浅谈声屏障设计与计算的技术关键

声屏障设计与计算技术关键包括:声屏障立柱截面抗弯验算、声屏障立柱与底板焊缝强度验算与声屏障立柱长度计算等六部分。通过杭州湾跨海大桥连接线声屏障设计与计算的实例,能为类似工程提供技术参考。     

边界元法在探测黄土洞穴方面的应用

边界元法(BEM)作为一种新的有突出优点的数值计算方法,正在不断地开辟新的应用领域。本文通过给出黄土洞穴问题的三维稳定电流场的定解问题,利用格林公式导出边界积分方程。并将其计算结果与勒让德(Legendre)级数解进行对比,评价该方法的计算精度。同时,运用BEM 大量地计算了各种不同参数的视电阻率(p_s)曲线。从而对电阻率法的联合剖面装置参数进行了优选。     

结构随机振动有限元/边界元法声学数值仿真

建立了结构振动的有限元模型和声学分析的边界元模型,基于边界元法推导了声学响应函数的计算公式,利用声学响应函数和激励谱密度推导了设计域点响应声压的自谱密度函数.以平板稳态振动声辐射为研究算例,计算了1~200 Hz的声学频率响应函数,并计算了系统受常谱密度和变谱密度随机载荷激励的声学响应.理论推导和实例结果表明,基于边界元法的声学响应函数可有效的求解随机声场.     

水下目标低频散射特性的波叠加解法

针对运用边界积分方程法研究低频散射特性时,存在的表面奇异积分和特征频率处解的非惟一性等问题,将波叠加法引入到水下目标低频散射研究中.对刚性球体的低频散射计算表明,该方法较边界积分方程法不仅消除了奇异解和多值问题,而且具有更高的计算速度和精度,适用的频率范围更宽,可用于水下目标低频散射问题的研究.分析表明影响其计算精度的因素主要是虚源空间位置、目标表面与虚源表面划分精细程度.     

基于瞬态边界元法的铁路车轮声辐射研究

轨道车轮的振动声辐射瞬态特性分析能够直观反映车轮结构的时域振动响应和时域声辐射特性.利用有限元/瞬态边界元法的计算机仿真技术,对S形辐板车轮在时域下进行振动及声辐射特性分析.研究结果表明:踏面和辐板的轴向位移响应级基本一致,且轮辋和辐板之间轴向振动存在耦合关系;踏面、轮辋和辐板轴向位移响应级的变化趋势一致,具有类似于"拍"的周期特性;在车轮轴线上距离车轮30m处的声压集中在60~80dB,且随时间的增加整体缓慢上升,再趋于平稳;声压主要分布在3 500Hz以下的频段.研究结果为瞬态声辐射仿真技术在车轮振动声辐射特性研究中的应用提供参考.     

有势流边界积分方程奇点的简洁处理法

本文结合笔者所做的多种流体在线混合的研究课题讨论了有势流直接数字积分的一般方法。为了使高斯积分法或其它的数字积分法能简单的直接用于求积分值 ,从而推导出了一个更简洁的计算公式 ,在该公式中格林函数中的奇点从理论上被消除。在本文中可以不用插值函数求解未知变量 ,因此 ,该方法比传统方法更为简单。     

Analytical Solution for Thermo-Electro-Elastic Problems of an Orthotropic Piezoelectric Hollow Cylinder Subjected to Various Loading

An interpolation method was used to solve the Volterra integral equation of the second kind caused by interaction among thermal, electric and mechanical fields. The exact expressions for the transient responses of stresses, electric displacement and electric potential in an orthotropic piezoelectric hollow cylinder were obtained by means of the finite integral transforms. From the sample numerical calculations, it is seen that the present method is suitable for an orthotropic piezoelectric hollow cylinder subjected to arbitrary thermal shock, mechanical load and transient electric excitation. The result can be used as a reference to solve other transient coupled problems of thermo-electro-elasticit y.     

桥面平整度对大跨度斜拉桥车桥耦合振动的影响

将随机桥面平整度描述为零均值的平稳高斯随机过程,建立了大跨度斜拉桥空间有限元模型,考虑结构的初始应力效应和几何非线性因素,利用逐步积分法解车．桥耦合振动方程,进而对斜拉桥动力特性进行分析。