结构频带振动声辐射的有限元结合频率均方声压法数值计算

[目的]为了预报受频带激励的振动结构声辐射,[方法]利用有限元法(FEM)和频率均方声压法(FAQP),对受频带激励的结构振动声辐射问题进行数值计算研究。首先,通过有限元软件计算加筋圆柱壳在频带激励下表面质点速度的频率响应;然后,将结构表面质点速度转化为法向振动速度,再计算频带内的平均能量源(包括声强源、声压源和速度源);最后,通过FAQP法计算频带声压级,并与FEM和边界元法(BEM)计算的FAQP结果进行对比。[结果]结果表明,FEM和FAQP结合的方法可用于计算受频带激励结构的1/3倍频程的频带平均声辐射,且FEM和FAQP结合的方法具有较好的稳定性,计算频率更高,无需逐个频率计算再平均的过程。[结论]FEM和FAQP结合的方法可以作为一种适用于中、高频频带的内噪声预报方法。     

湍流边界层激励下平板辐射噪声数值计算方法北大核心CSCD

[目的]湍流边界层(TBL)激励下的结构辐射噪声(也称"流激噪声")是水下航行体的重要噪声源,因此,对流激噪声数值计算方法的研究具有重要意义。[方法]基于LMS Virtual Lab数值计算软件,以Corcos湍流脉动压力频率波数模型作为输入,采用主成分分析(PCA)法和振动—声传递向量(VATV)法计算湍流边界层激励下平板结构的流激噪声,并对两种方法的正确性进行验证,比较分析两种方法的计算时间及得到的声压自功率谱密度(ASD)曲线。[结果]结果表明,这两种方法均可有效计算湍流边界层激励下的结构流激噪声,且计算结果基本一致;和PCA法相比,VATV法所占用的计算资源更少,能快速预报结构的流激噪声;相较于VATV法,PCA法还可以得到结构振动响应结果。[结论]该研究结果对水下结构流激噪声快速预报具有一定的参考价值。     

声激励水下旋转壳体振动和声辐射的数值预报

本文将有限元加边界元——修正的模态分解法推广到对水下任意形旋转壳体在近场声源激励下振动和声辐射的数值预报问题。以长短轴比为2:1的水下椭球薄壳的声激励问题为例进行了具体计算,其中声源为置在椭球壳端部附近轴线上的单极子或偶极子型点声源。给出了椭球壳弹性振动的辐射声和总辐射声的指向性计算结果,并与把椭球壳作为刚性体的计算结果进行比较。结果表明:在总声场指向性的预报中,如果不考虑椭球壳弹性振动产生的辐射声将会导致大的误差,特别当激励源频率在壳体的谐振频率附近时,壳体辐射声对声场的贡献远远大于声源本身的贡献。     

湍流边界层激励下平板辐射噪声数值计算方法

[目的]湍流边界层(TBL)激励下的结构辐射噪声(也称"流激噪声")是水下航行体的重要噪声源,因此,对流激噪声数值计算方法的研究具有重要意义。[方法]基于LMS Virtual Lab数值计算软件,以Corcos湍流脉动压力频率波数模型作为输入,采用主成分分析(PCA)法和振动—声传递向量(VATV)法计算湍流边界层激励下平板结构的流激噪声,并对两种方法的正确性进行验证,比较分析两种方法的计算时间及得到的声压自功率谱密度(ASD)曲线。[结果]结果表明,这两种方法均可有效计算湍流边界层激励下的结构流激噪声,且计算结果基本一致;和PCA法相比,VATV法所占用的计算资源更少,能快速预报结构的流激噪声;相较于VATV法,PCA法还可以得到结构振动响应结果。[结论]该研究结果对水下结构流激噪声快速预报具有一定的参考价值。     

离心风机流场大涡模拟与管中噪声数值预报

[目的]为开展离心风机振动噪声预报,[方法]首先,对离心风机整个流域进行结构化网格划分,采用大涡模拟(LES)获得叶轮表面随时间变化的脉动力,以旋转偶极子辐射为模型,采用声学有限元方法计算管道中的辐射声;然后,以蜗壳部分的壁面偶极子为辐射源,计算壁面脉动压力辐射声;最后,将数值计算结果与试验结果进行对比分析。[结果]结果表明,蜗壳壁面脉动压力辐射声在低频段高于叶轮辐射声,而在高频段低于叶轮辐射声;数值计算结果与实验结果具有一致性。[结论]所提叶轮辐射声及蜗壳壁面脉动压力辐射声的预报方法可满足工程应用需求。     

数值/解析混合方法计算含复杂结构的有限长圆柱壳体声辐射

本文研究了含复杂内部结构的水中有限长圆柱壳体的受激振动和声辐射问题。壳体的振动方程由Donnell方程描述，内部支座结构的作用由有限元方法计算，采用数值／解析混合计算方法对具有支座结构壳体的声辐射进行预报。首先分析了数值计算中水负荷计算简化对计算壳体激励力的影响，而后讨论了内部具有支座结构的有限长壳体的声辐射特性。解析的方法有助于分析壳体产生声辐射的机理；有限元数值计算方法能够针对壳体内部不规则的结构进行计算，数值／解析混合计算方法结合了两种方法的优点，使得能够对含复杂结构的壳体振动和声辐射情况进行预报。     

水下方盒结构振动与声辐射相关性研究

针对水下结构振动与声辐射的耦合问题,重点研究了水下方盒结构在简谐激励作用下结构振动和声辐射间的相关性.在计算结构声振响应时,采用有限元结合边界元的算法,即在考虑流固耦合影响下采用有限元法计算结构的振动响应,在此基础上采用边界元法求解无限介质中的Helmhohz方程,从而求得结构的辐射声场.在结构振动和声辐射响应的基础上,计算了几个典型位置声辐射与激励点振动间的关联系数,讨论了它们的关联性.最后得出结论:除了激励源附近位置外,声辐射与结构振动间的关联性是很强的.     

后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响

[目的]为了研究后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响,[方法]针对螺旋桨不定常激振力诱发的艇体结构辐射声,以SUBOFF潜艇为原型,建立了包含螺旋桨和轴系实体结构单元的潜艇整艇模型,采用通用有限元程序NASTRAN计算其在真空中的振动特性,同时采用附加质量附加阻尼算法计算其在水下的振动和声辐射特性,对潜艇整艇结构在螺旋桨垂向激振力作用下的振动与声辐射特性进行分析,并着重考虑了后艉轴承刚度对潜艇整艇结构振动与声辐射的影响规律。[结果]研究指出,降低后艉轴承刚度使潜艇结构振动与声辐射的能力主要向其第2阶整体弯曲振动模态频率处集中,且第2阶整体弯曲振动模态频率逐渐向低频移动;在第2阶整体弯曲振动模态频率以上频段降低后艉轴承的刚度能够有效降低潜艇整艇结构的振动和声辐射。[结论]所得结果可为声学设计阶段潜艇关键部位结构参数的选取提供参考。     

统计能量法计算水下圆柱壳辐射噪声准确性的验证与分析北大核心CSCD

[目的]统计能量法(SEA)是解决结构高频振动与声辐射问题的有效方法,但是该方法通常假定流体为"轻质流体",在分析水中结构时其计算结果可能不准确。[方方法]分别运用SEA方法和有限元耦合边界元法(FEM/BEM)计算水下圆柱壳模型的辐射声压级,以验证SEA预报水下圆柱壳辐射噪声的准确性。运用SEA计算不同的子系统划分方式和不同的内损耗因子误差时圆柱壳的辐射声压级,分析影响SEA计算结果准确性的因素。[结结果]在400 Hz以下时SEA和FEM/BEM的计算结果相差很大,在400 Hz以上基本一致;不同子系统的划分方式造成的误差在5 dB左右;内损耗因子误差100%时造成的误差在2~3 dB。[结论]通过研究发现,在模态密度足够时可以使用SEA计算水下圆柱壳的辐射噪声,对于低频沿周向划分子系统不可靠,可能导致计算结果不准确;对于高频沿周向划分子系统比沿轴向划分子系统得出的计算结果更准确;对于能量高的子系统其内损耗因子误差对仿真结果影响更大,应采取更精确的方式确定其内损耗因子。研究结果对于运用SEA研究水下结构振动与噪声问题有一定参考价值。     

统计能量法计算水下圆柱壳辐射噪声准确性的验证与分析

[目的]统计能量法(SEA)是解决结构高频振动与声辐射问题的有效方法,但是该方法通常假定流体为"轻质流体",在分析水中结构时其计算结果可能不准确。[方方法]分别运用SEA方法和有限元耦合边界元法(FEM/BEM)计算水下圆柱壳模型的辐射声压级,以验证SEA预报水下圆柱壳辐射噪声的准确性。运用SEA计算不同的子系统划分方式和不同的内损耗因子误差时圆柱壳的辐射声压级,分析影响SEA计算结果准确性的因素。[结结果]在400 Hz以下时SEA和FEM/BEM的计算结果相差很大,在400 Hz以上基本一致;不同子系统的划分方式造成的误差在5 dB左右;内损耗因子误差100%时造成的误差在2~3 dB。[结论]通过研究发现,在模态密度足够时可以使用SEA计算水下圆柱壳的辐射噪声,对于低频沿周向划分子系统不可靠,可能导致计算结果不准确;对于高频沿周向划分子系统比沿轴向划分子系统得出的计算结果更准确;对于能量高的子系统其内损耗因子误差对仿真结果影响更大,应采取更精确的方式确定其内损耗因子。研究结果对于运用SEA研究水下结构振动与噪声问题有一定参考价值。     

有限浸深圆柱壳振动及远场声辐射的解析方法北大核心CSCD

[目的]针对目前对于自由液面影响下圆柱壳—流场耦合系统振动及声辐射解析研究的匮乏,提出一种有限浸没深度下有限长圆柱壳振动及远场声辐射的解析求解方法。[方法]采用镜像原理和Graf加法定理得到流体速度势的解析表达式,然后再结合能量泛函变分方法推导出计及自由液面影响的壳—液耦合振动方程,从而可以求解系统受迫振动响应。[结果]研究表明,相比于无限域,自由液面的存在会增大同阶次共振频率,但随着浸没深度的逐渐增加,均方振速很快趋于无限域工况。与Nastran软件计算结果对比表明所提出的方法准确、可靠,且具有方法简便、计算量小的优点。利用求得的振动响应,通过傅里叶变换和稳相法可得到远场辐射声压,计算结果表明,自由液面会使得远场声压指向性和波动性出现类偶极子效应;但是不同于振动特性,远场声压并不会随浸没深度增大而很快趋于无限域工况。[结论]所提出的方法实现了外力激励下计及自由液面影响的水下圆柱壳远场声辐射快速预报,对于半空间结构声振问题的研究具有一定的指导意义。     

基于波叠加法的声辐射阻计算研究

机械结构的声辐射功率直接表征了结构向外辐射的声能量,而结构表面声辐射阻则反映了该结构向外辐射声能量的能力。文章基于波叠加法,研究声场的声压、源强度和表面法向振动速度之间的关系,推导了结构声辐射阻矩阵。针对典型的声学结构,计算了其表面辐射阻。根据声辐射阻定义,设计了声辐射阻的测量装置,通过实验验证了理论计算方法的正确性。且对一般复杂结构,研究了结构声反射及共振对声辐射阻的影响。     

有限浸深圆柱壳振动及远场声辐射的解析方法

[目的]针对目前对于自由液面影响下圆柱壳—流场耦合系统振动及声辐射解析研究的匮乏,提出一种有限浸没深度下有限长圆柱壳振动及远场声辐射的解析求解方法。[方法]采用镜像原理和Graf加法定理得到流体速度势的解析表达式,然后再结合能量泛函变分方法推导出计及自由液面影响的壳—液耦合振动方程,从而可以求解系统受迫振动响应。[结果]研究表明,相比于无限域,自由液面的存在会增大同阶次共振频率,但随着浸没深度的逐渐增加,均方振速很快趋于无限域工况。与Nastran软件计算结果对比表明所提出的方法准确、可靠,且具有方法简便、计算量小的优点。利用求得的振动响应,通过傅里叶变换和稳相法可得到远场辐射声压,计算结果表明,自由液面会使得远场声压指向性和波动性出现类偶极子效应;但是不同于振动特性,远场声压并不会随浸没深度增大而很快趋于无限域工况。[结论]所提出的方法实现了外力激励下计及自由液面影响的水下圆柱壳远场声辐射快速预报,对于半空间结构声振问题的研究具有一定的指导意义。     

水中有限长圆柱壳体辐射声场特性

理论研究有源点激励时水中有限长圆柱壳体辐射声场特性。根据圆柱壳体耦合振动理论,推导有源点激励时水中有限长圆柱壳体振动速度与辐射声压计算式,计算并分析有源点激励时水中有限长圆柱壳体振动速度分布特征、声辐射近场和远场特性。研究结果表明:随着结构阻尼增大,圆柱壳体振动能量与声辐射能量向激励点处集中,且频率越高,这种集中效应越显著。在声辐射近场,声压衰减较快,其分布规律与壳体振动分布规律相近;在声辐射远场,声压衰减规律近似为球面波衰减,声压分布具有一定指向性,且激励力作用方向为声辐射主要方向。     

界面对弹性球壳声辐射的影响分析

深海和浅海信道均为有界空间。为计算界面对有界空间中弹性结构振动及声辐射的影响,本文利用虚源法和Graf加法定理,建立了理想界面附近点力激励下球壳振动声辐射的解析模型。分别计算了不同边界、不同下潜深度和激励位置下球壳的声辐射阻抗、辐射声压和声功率,解释了辐射声场的形成机理,并给出了声压频率谱中干涉条纹的简单预报公式;以辐射声功率为评价参数定量讨论了不同类型边界对球壳声源特性的影响规律。计算结果表明,对于相对壳厚h/a=1%～5%的薄球壳,当无因次频率ka≥2且归一化下潜深度Hr≥3时,界面对球壳辐射声功率的影响小于3 dB,可以忽略。     

流体中弹性板声辐射阻尼研究

针对空气和水两种介质,分别研究弹性薄板的几何参数及激励位置对声辐射阻尼的影响.采用的结构振动与声场耦合的数值求解方法--有限元/流体边界元(FEM/BEM)法进行推演以及讨论结构与流体数值模拟单元.从能量的角度定义弹性板声辐射阻尼,取得声辐射阻尼的数值计算公式.利用文中的数值模拟方法对弹性例板声辐射阻尼进行计算.通过对弹性板声辐射阻尼数值模拟结果的分析认为,水中弹性板振动的声辐射阻尼远大于空气中的声辐射阻尼;相同外加激励载荷作用下,弹性薄板的板厚对相应声辐射阻尼几乎没有影响;随着板边长尺寸的增加,板的声辐射阻尼也有增大的趋势;板声辐射阻尼不随激励位置的改变而改变.     

一种含内部结构的水下圆柱壳振动声辐射计算方法

为解决含内部结构的水下圆柱壳振动声辐射快速预报问题,提出一种解析-数值混合方法.将整个结构分为水下圆柱壳和内部结构两部分,采用轴对称边界元法得到圆柱壳表面声阻抗,结合Flügge壳体理论,建立水下圆柱壳的数理模型;采用有限元法建立内部结构的动力学模型.根据圆柱壳与内部结构接触点的位移协调和内力平衡条件,建立整个结构的动力学方程,求解方程得到壳体表面振动速度,再采用边界元法得到声场中任意一点的辐射声压.通过与数值软件计算结果对比,验证了本文方法的正确性.本文方法在改变内部结构进行多方案对比分析时具有显著的计算速度优势.     

船舶水下辐射噪声特性研究

本文采用有限元/边界元(FEM/BEM)方法对船舶水下辐射噪声特性进行研究.首先应用五种类型的有限单元建立了接近于真实船舶结构的有限元模型(包括机舱动力设备),并应用有限元法完成了流-固耦合状态下,船舶结构振动位移响应数值计算.然后将有限元模型的外表面处理成边界元模型,并由船舶外表面位移响应计算得到用于水下辐射噪声计算的速度边界条件.最后利用边界元技术对船舶水下辐射噪声特性进行研究.本文预估了仅考虑推进柴油机激励、柴油发电机组激励、齿轮箱激励以及所有激励情况下的船舶水下辐射噪声,并将其数值计算与实际测量结果比较,比较结果符合良好.     

船舶典型舱段全频段空气噪声预报

针对受声舱和声源舱相邻的典型舱室分布,基于声振分析软件VA One,确定频率范围,考虑吸隔声材料和门缝等因素的影响,综合运用统计能量分析法(SEA)、有限元法(FEM)和FE-SEA混合方法对受声舱的空气噪声进行全频段仿真预报。模型试验验证仿真计算,比较受声舱空气噪声的仿真预报值和测试值,两者随频率变化的趋势比较一致,说明预报方法可行。     

船舶结构的建模及水下振动和辐射噪声的FEM/BEM计算

船舶动力系统的振动通过壳板向水下辐射噪声的预报一直是非常关键的问题。船舶的声学设计应建立在全船结构声一体化的前提下，本文基于船体与周围声学流体介质的耦合作用，建立了带有浮筏结构的动力装置的整个双层壳体船舶的FEM／BEM数学模型。在理论分析的基础上，利用有限元软件ANSYS建立了水下船舶结构的振动和声场耦合的模型，首先计算在模拟发动机的激励下船舶壳板的振动，并利用边界元软件SYSNOISE，对轻外壳面上的声强进行预报，本文的方法为解决大型复杂结构的耦合声振预报提供了一个典型的实例。