Ship appearance optimal design on RCS reduction using response surface method and genetic algorithms

Radar cross section (RCS) reduction technologies are very important in survivability of the militarynaval vessels. Ship appearance shaping as an effective countermeasure of RCS reduction redirects the scatteredenergy from one angular region of interest in space to another region of little interest. To decrease the scatteringelectromagnetic signals from ship scientifically, optimization methods should be introduced in shaping design.Based on the assumption of the characteristic section design method, mathematical formulations for optimalshaping design were established. Because of the computation-intensive analysis and singularity in shapingoptimization, the response surface method (RSM) combined genetic algorithm (GA) was proposed. The poly-nomial response surface method was adopted in model approximation. Then genetic algorithms were employedto solve the surrogate optimization problem. By comparison RCS of the conventional and the optimal design,the superiority and effectiveness of proposed design methodology were verified.Ky words: radar cross section (RCS); characteristic section design method; response surface method; genetic algorithm (GA) was proposed. The polynomial response surface method was adopted in model approximation. Then genetic algorithms were employed to solve the surrogate optimization problem. By comparison RCS of the conventional and the optimal design, the superiority and effectiveness of proposed design methodology were verified.     

海洋工程船噪声测量分析与控制措施研究

本文通过选取85 m多用途海洋工程船在航行工况下,选取了在主机85%MCR、100%MCR下进行了船舶舱室噪声测量.总结海洋工程船在每种工况下的噪声分布特点、声压级强度、舱室是否超标、船员噪声暴露等级是否符合规范以及找出每种工况下造成舱室超标的具体频率范围及声源种类.最后,通过研究各种主要设备的降噪措施及控制技术的发展趋势,提出海洋工程船噪声控制由被动降噪转变为主动降噪的声学设计理念.     

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。      

高速列车转向架区域气动噪声源的特征识别

为了创建高速列车气动噪声源识别方法，以气动声学基本波动方程为基础，将高速列车气动声源等效为无数微球形声源组成，利用声辐射和流场物理量之间的关系，并结合高速列车气动数值仿真技术，建立了高速列车偶极子声源和四极子声源的识别方法，从全新的角度对某高速列车头车气动噪声源进行识别；基于涡声方程声源项特征，进一步揭示了偶极子声源和流场流动的关系.研究结果明确了高速列车主要偶极子和四极子声源的强弱和分布特征，表明了气流的直接撞击和分离现象是产生声源的主要原因，头车及转向架区域气动噪声源以偶极子声源为主；偶极子声源强度较大位置出现在边沿较为尖锐的地方，在绝大多数情况下流体经过时涡量急剧增加，成为其形成强声源的主要原因.     

新型交叉式静音钢轨的理论与试验研究

为降低轮轨噪音,提出了一种新型交叉式静音钢轨.与传统的静音钢轨不同,其在钢轨和阻尼层之间增加了一层扩展层,且扩展层与约束层交错布置.采用有限元法对该结构进行了优化设计,根据优化结果(扩展层宜用厚1 mm的铝材,阻尼层宜用IPN型阻尼材料,约束层宜用厚2 mm的钢材)制作实物并进行了试验测试.测试结果表明:在垂向和横向激励下,该交叉式静音钢轨振动持续的时间仅为标准钢轨的1/5,噪声声辐射声压级分别比标准钢轨降低10.4和13.2 dB.      

基于改进响应面法的结构模型修正研究

提出采用响应面法进行有限元模型修正.该方法根据方差分析或先验信息进行设计参数筛选,以显式的响应面模型逼近目标函数与设计参数之间复杂的隐式函数关系,通过响应面自身特性进行迭代修正.在此基础上,根据样本点对目标函数贡献的差异性提出通过加权来构造改进的二次响应面,改进后的响应面可以更快地迭代收敛,计算量小,可推广至非线性等复杂模型,某算例验证该方法的有效性.     

考虑旋转效应的弹性车轮降噪效果与影响参数研究

以某款弹性车轮及其原型普通车轮为研究对象，在考虑车轮旋转带来的移动荷载效应和陀螺效应的前提下，应用2.5维结构有限元法和2.5维声学边界元法预测车轮在给定轮轨粗糙度激励下的振动和声辐射；针对40、80和120 km·h-1三个运行速度，分析了弹性车轮的降噪机理，研究了弹性车轮橡胶层的材料参数对弹性车轮降噪效果的影响。研究结果表明:车轮旋转使得原本非0节径模态频率处的声功率峰值分叉为2个峰值，其中一个峰值频率比原模态频率高，另一个峰值频率比原模态频率低，2个峰值频率差近似等于车轮的旋转频率乘以2倍的模态节径数；在所考虑的工况下，车轮旋转对车轮声辐射的影响最高达3.2 dB(A)，因此，在预测车轮的声辐射时，必须考虑旋转对预测结果的影响；如果橡胶弹性模量太小，则轮箍容易振动，从而有可能辐射比普通车轮更高的噪声；从车轮声辐射的角度，橡胶弹性模量存在一个最佳值，在这个值下，弹性车轮的声功率最低，且低于原型车轮的声功率10 dB(A)以上；增加橡胶阻尼总是有利于车轮噪声的控制，但增加阻尼产生的降噪效果随橡胶弹性模量的增大而降低；对于同一弹性车轮，随着运行速度的提升，相对原型普通车轮的降噪效果不断降低，速度从40 km·h-1增大到120 km·h-1，降噪效果降低达4 dB(A)以上。      

高速列车低噪声设计中的部件声学指标分解方法

提出了一种基于整车噪声仿真分析的部件声学指标分解方法;将高速列车的部件声学指标按类型分为声源指标和路径指标2种主要形式,分别基于声线法和统计能量分析方法建立了高速列车的车外噪声预测模型和车内噪声预测模型,通过选定的初始参数作为计算输入,预测车外、车内噪声,并与车辆顶层声学指标进行差异化对比分析;基于声源贡献、路径贡献与...     

钢管混凝土提篮拱空间稳定性随机静力分析

为了解宽跨比很小的提篮拱拱桥的空间稳定性能,采用响应面法,进行了屈曲稳定特征值的随机静力分析．以宽跨比为1／23．8的铜瓦门大桥为分析对象,通过建立响应面方程,研究了结构的材料性能和几何尺寸的不确定性对该桥空间稳定性的影响．结果表明,结构参数变异不影响该桥一阶空间失稳模态,结构的材料性能和几何尺寸的不确定性对该桥的空间分支屈曲稳定有着不同程度的影响．     

城市轨道交通高架线路敷设阻尼钢轨噪声特性

为研究城市轨道交通高架线路敷设阻尼钢轨前后列车通过时段噪声变化规律，以敷设了阻尼钢轨的广州某高架线路为研究对象，通过对高架线路敷设阻尼钢轨前后轨道旁、距行车轨道中心线7.5和30 m处测点进行现场噪声试验，分别从时域统计、频谱和插入损失等方面分析了高架线路改造全过程，包括换轨前、换轨后、刚敷设阻尼钢轨及敷设阻尼钢轨运营半年后列车通过时段噪声变化规律。分析结果表明:换轨和敷设阻尼钢轨作为源头上的降噪措施具有一定的降噪效果，噪声源强处2种措施分别降噪1.1、2.9 dB(A)，敷设阻尼钢轨能降低钢轨Pinned-Pinned振动辐射产生的噪声；换轨前高架线路列车通过噪声能量主要集中在100~3 000 Hz，分别在100~125 Hz和2 000 Hz附近出现第1、2个峰值，换轨后、刚敷设阻尼钢轨及敷设阻尼钢轨运营半年后的列车通过噪声能量主要集中在500~2 000 Hz，峰值频率出现在800 Hz附近；高架线路整个施工改造过程中60 Hz以下低频噪声变化较小，60 Hz附近的频率为轮轨系统的固有频率，高架线路改造并未使轮轨系统固有特性发生较大改变；敷设阻尼钢轨运营半年后相比刚敷设阻尼钢轨时，在距轨道中心线7.5和30 m处，1 000 Hz以上高频噪声变化较小，桥梁局部结构振动产生的辐射噪声(100~300 Hz)出现了一定的增大。      

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.     

城市轨道交通桥梁-声屏障系统结构噪声特性与预测

针对列车通过城市轨道交通高架时引起的桥梁-声屏障系统结构噪声问题,在某市域铁路箱梁段分别选取无声屏障和直立式声屏障地段,开展噪声现场测试;通过对比无声屏障和直立式声屏障地段的测试结果,分析了箱梁-声屏障系统结构噪声的频谱特性;基于有限元-边界元法,建立了箱梁-声屏障系统振动声辐射数值计算模型,研究了箱梁-声屏障系统结构...     

铁路高架结构线路噪声预测

列车在高架铁路运行时辐射的噪声与路基线路存在较大差异,特别是当线路采用了声屏障后,高架结构辐射的噪声对沿线环境的影响将显现．文中应用动力学基本理论建立了车．桥线路的耦合模型,获得了列车运行时轮轨之间的作用力,将其作为高架结构的统计能量分析的输入,研究了高架结构振动与声辐射,并应用高架结构的振动测试,进行了模型验证．应用该模型研究了200km／h速度下列车运行引起的高架结构噪声辐射,分析了轨道垫板的刚度变化对高架结构声辐射的影响,得出了优化轨道垫板的刚度可以提高高架结构声屏障的总体降噪效果的结论．     

骨架密实型低噪声路面的声振特性

为探讨骨架密实型低噪声路面的降噪机理,分别采用驻波管装置测试了SDQP路面的吸声系数,重复加载法测试了SDQP混合料的复合模量,轮胎/路面振动测试装置研究了轮胎在不同路面上的垂直振动衰减特性。结果表明SDQP路面与SMA路面的吸声系数没有明显的差异,在整个频段上吸声系数很小;SDQP混合料的动态模量随着橡胶颗粒掺量的增加呈下降趋势,而阻尼逐渐提高;轮胎在SDQP路面的衰减系数最大,且随着橡胶颗粒掺量的增加而增大,说明SDQP路面具有较好的阻尼减振降噪能力,吸声降噪性能并不占优。     

某型变速器箱体振动噪声分析研究

以某新开发的变速器箱体为研究对象,利用HyperWorks软件建立该变速器箱体的有限元模型。对变速器箱体做自由模态分析和频率响应分析,得到其模态频率分布和相应振型,避开共振点,获得箱体表面振动的速度响应云图。最后对变速器箱体进行辐射噪声分析,提取箱体表面的噪声分布图以得到声辐射敏感区域,提出改进箱体结构的措施。该研究为变速器减震降噪提供重要参考。     

超高层建筑气动噪声场的大涡模拟

为揭示超高层建筑气动噪声产生的机理及空间分布特征,利用大涡模拟,在大气边界层内求解超高层建筑绕流场,结合FW-H （Ffowcs Williams-Hawkings）方程的声类比法进行了超高层建筑周围声压场的数值模拟. 研究发现:超高层建筑每个面均是偶极子声源,气动噪声是由建筑表面的偶极子声源产生,且受建筑表面风压主导,顺流向和横风向的脉动压力分别主导相应方向的声场辐射强度; 气动噪声沿高度方向先增大后减小,在0.7倍建筑高度附近噪声达到最大值; 在相同高度和离建筑表面相同距离的不同空间点,当空间点面对建筑迎风面时总声压级最大、背风面次之,侧风面最小; 随着空间点与建筑距离的增大,空间点总声压级快速衰减,且横风向较顺风向衰减更快. 研究认为:大涡模拟和声类比相结合的方法能合理预测超高层建筑的气动噪声;优化气动外形,降低建筑表面风压是降噪的最有效途径.      

Robust Optimization Design of Metro Handrails

This paper presents the robust design and response surface method(RSM) based on finite element analysis for the optimization design of metro handrails. The response surface can be created for each output parameter. Sequential quadratic programming is used for the optimization of metro handrails. Taguchi design is employed to investigate the sensitive controlling factors for the strength and mass of metro handrails, by taking the material density, the column and cross bar thickness as controlling factors, and the acceleration, the elastic modulus and the fluctuation of material density as uncontrollable factors. Then, the best combination of controlling factors is found. The results by different methods show that the method of Taguchi design can improve the robustness of the structural performance and reduce the mass.     

高速铁路桥梁全封闭声屏障结构噪声特性

开展了高速铁路桥梁和桥梁-全封闭声屏障典型结构断面的振动和噪声测试,建立了高速铁路桥梁-全封闭声屏障系统结构噪声的快速多极边界元法(FMBEM)数值预测模型,深入分析了板件的车致振动与结构噪声辐射的相关性和时频特性,并以此验证了FMBEM数值预测模型求解结构噪声的准确性;对比分析了有、无全封闭声屏障工况下32 m简支箱...     

声辐射阻抗传感器元件设计与声阻抗测量实验研究

声辐射抗阻是声优化设计中的关键设计变量,但目前尚未有成熟商用传感器面市,各种测量方法皆处于实验室研究阶段,文中根据前期研究所得的用可测量——声压表达的声辐射阻抗计算公式,选择了实验中用以近似点声源腔的扬声器和测量结构表面及扬声器内声压的声压传感器．设计了声辐射阻抗传感器,选取了信号采集设备并搭建了实验系统,用该套测量系统测量了无限大障板上圆形活塞的声辐射阻抗,对比了无限大障板上圆形活塞自点表面声阻实验值和解析解,结果表明在1～3kHz频段实验值和解析解非常接近,通过进一步改进低频段的性能后,可使用该装置对复杂结构表面辐射声阻进行测量．     

Sensitivity Analysis of Wave Slamming Load with Respect to Wind Load for Semi-Submersible Platform Design

A design of offshore floating structure is mainly based on the extreme response analysis due to the forces experienced. The extreme response can induce the negative air gap response and potential impact to the deck bottom of floating structure. It is important to predict the slamming load in order to check the strength of local structures which withstand the wave slamming. In recent years, studies of the effects of wind load on air gap response and slamming load are ignored. When the platform suffers the extreme wave, the wind is also harsh.Moreover, the wind load can affect the motion response of the platform. The wind load cannot be simulated easily by model test in towing tank whereas it can be simulated accurately in wind tunnel test. Though the model test results are not accurate enough for air gap and slamming load evaluation due to the loss of wind effect, they can be used as a good basis for tuning the radiation damping and viscous drag in numerical simulation. This paper aims at presenting the sensitivity analysis results of wave slamming load with respect to the wind load for the design of semi-submersible platform. As an example of semi-submersible drilling platform design, the wind tunnel test has been carried out, and the sea-keeping model test is also performed in towing tank, while the wind load effect is ignored. According to the model test results, a numerical model is tuned and validated by ANSYS AQWA. Sensitivity analysis studies of the relative velocity between water particle and platform surface and the wave slamming load with respect to the wind load are performed in time domain by the tuned numerical model.Five simulation cases about the presented platform are simulated based on the results of wind tunnel tests and sea-keeping tests. The sensitivity analysis results are valuable for the floating platform design.