运用弹性理论研究有限长圆柱壳声辐射的一个通用方法(英文)

A general method was proposed to study the sound and vibration of a finite cylindrical shell with elastic theory.This method was developed through comprehensive analysis of the uncoupled Helmholtz equation obtained by the decomposition of elastic equations and the structure of the solution of a finite cylindrical shell analyzed by thin shell theory.The proposed method is theoretically suitable for arbitrary thickness of the shell and any frequency.Also,the results obtained through the method can be used to determine the range of application of the thin shell theory.Furthermore,the proposed method can deal with the problems limited by the thin shell theory.Additionally,the method can be suitable for several types of complex cylindrical shell such as the ring-stiffened cylindrical shell,damped cylindrical shell,and double cylindrical shell.     

声传输进结构-声腔耦合舱室空间的主动控制策略和机理研究(英文)

An analytical study was presented on active control of sound transmission into a vibro-acoustic enclosure comprising two flexible plates. Two types of actuators were used, i.e. acoustic actuator and distributed lead zirconate titanate piezoelectric (PZT) actuator instead of point force actuator. Using the modal acoustic transfer impedance-mobility matrices, the excitation and interaction in the coupled sound transmission system can be described with clear physical significance. With the control system designed to globally reduce the sound field, different control system configurations were considered, including the structural actuator on the incident plate, actuator on the receiving plate, acoustic actuator on the cavity, and their combinations. The effectiveness and performance of the control strategy corresponding to each system configuration were compared and discussed. The role and control mechanism of each type of actuator were of particular interest. It was shown that the incident plate actuator is effective in controlling the cavity-dominated modes and the structural modes dominated by the incident plate and receiving plate. Two main control mechanisms are involved in this control configuration, i.e., modal suppressing and modal rearrangement. For control system configuration with only acoustic actuator in the enclosure, the mechanism involved in this arrangement is purely modal suppression. Desirable placements of structural actuators in terms of total potential energy reduction were also discussed.     

多层声学覆盖层复合的有限长弹性圆柱壳声辐射特性研究

针对水下双层圆柱壳内外壳体各表面敷设隔声阻尼层的情况,建立了有限长多层复合加实肋板的双层圆柱壳水下声辐射计算模型.对模型采用模态展开法,系统考虑壳体与隔声层和实肋板耦合,外表面声学覆盖层作用和外部声场耦合,并以状态矢量对应的矩阵形式导出复合壳体辐射声功率的计算表达式.数值计算了隔声阻尼层和外场声学覆盖层层参数,实肋板参数和壳体阻尼对模型辐射声功率的影响.研究结果表明:有实肋板时阻尼层的降噪量最高接近15dB,实肋板的声短路作用限制了隔声阻尼层的降噪效果;双层隔声阻尼层比单层隔声阻尼层降噪效果好3-4dB.外场声学覆盖层受实肋板影响较阻尼层小,其降噪量达10dB左右.     

管路敷设橡胶层对圆柱壳结构振动与声辐射的影响

以内部设有管路的圆柱壳结构为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元算法,针对管路内、外敷设不同厚度橡胶层时,圆柱壳结构水下振动与声学特性进行数值计算,从圆柱壳结构振动位移和辐射噪声2个方面探讨管路内、外敷设橡胶层对圆柱壳结构水下振动与声辐射的影响。这对水下结构物的声学结构优化具有重要意义。结果表明:对于本算例,管路内、外敷设橡胶层对降低圆柱壳结构水下振动与辐射噪声具有良好效果,并且管路敷设橡胶层越厚,减振降噪效果越好。     

管路敷设橡胶层对圆柱壳结构振动与声辐射的影响

以内部设有管路的圆柱壳结构为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元算法,针对管路内、外敷设不同厚度橡胶层时,圆柱壳结构水下振动与声学特性进行数值计算,从圆柱壳结构振动位移和辐射噪声2个方面探讨管路内、外敷设橡胶层对圆柱壳结构水下振动与声辐射的影响.这对水下结构物的声学结构优化具有重要意义.结果表明:对于本算例,管路内、外敷设橡胶层对降低圆柱壳结构水下振动与辐射噪声具有良好效果,并且管路敷设橡胶层越厚,减振降噪效果越好.     

敷设分层梯度声学覆盖层的加肋圆柱壳声辐射特性研究

单壳体潜艇敷设声学覆盖层应具有机械噪声、水动力噪声和声目标强度控制的多功能特性,为此需要解决两个基本问题：其一,提高机械噪声低频控制效果;其二,实现覆盖层的多功能兼容性。本文从降低机械激励壳体声辐射角度出发,采用模态叠加法,建立无限大理想水介质中分层梯度声学覆盖层与有限长加肋圆柱壳的声振耦合及声辐射模型,基于声学覆盖层模态传递函数特性,计算分析声学覆盖层分层梯度分布及厚度、层数等参数对加肋圆柱壳辐射噪声影响的特征和规律,给出分层梯度声学覆盖层的特征声阻抗渐变参数分布并与敷设均匀声学覆盖层降噪特性比较。研究结果表明：加肋圆柱壳敷设内层至外层声阻抗逐渐递增,各分层取慢波速的声学覆盖层,具有比均匀声学覆盖层更有效地降低外表面振动位移的特性,可明显增加降噪效果,并扩展低频降噪范围。声学覆盖层的优化应增加声阻抗的内分层失配和外分层适配的效应,有利于降低加肋圆柱壳低频声辐射,并可兼顾降低声目标强度。     

RSM-FORM 的改进与环肋圆柱壳结构的可靠性计算(英文)

文章在用有限元法对结构进行强度计算和分析的基础上,应用RSM确定了环肋圆柱壳结构强度失效的功能函数;在对相关可靠度理论进行研究的基础上,将RSM与FORM相结合,对FORM进行了改进,解决了当量正态化和参数独立化问题,保留了功能函数的二次项,使计算精度满足实际工程的需要;最后用RSM-FORM对环肋圆柱壳结构强度的可靠性进行了计算分析,计算结果表明,RSM-FORM具有较好的计算精度。     

刚性壁存在下的水下圆柱壳结构的声振特性研究

通过引入镜像原理来处理海底或码头壁面处的边界条件,基于Flügge壳体振动方程和赫姆霍兹方程,建立了在海底或码头壁面存在下的半无限域中圆柱壳结构与声场的耦合振动方程,最后利用稳相法得到了远场辐射声压的近似表达式.对海底或码头壁面存在下水下圆柱壳结构的远场辐射声压进行了计算并与无限域中的结果进行了对比分析,研究发现,海底或码头壁面的存在对水下圆柱壳结构的辐射声场有重要的影响.     

部分敷设阻尼层的有限长环肋圆柱壳声辐射计算方法研究

利用模态展开技术和Green函数法研究了部分敷设阻尼层的有限长环肋圆柱壳在流场中的声辐射特性.环肋圆柱壳两端简支,并连有无限长的刚性圆柱障板;阻尼层用无质量的粘弹性弹簧模拟.在环肋圆柱壳的模态运动方程中,外声场、阻尼覆盖层和环肋之间存在复杂的模态耦合效应.文中计算了有限长环肋圆柱壳在水下的辐射声功率和振动均方速度,分析了阻尼层覆盖面积、阻尼层刚度、环肋等对其水下声辐射的影响.     

圆柱壳结构振动功率流和主动力幅值的控制研究

以输入结构的总功率流和所需主动力幅值为控制目标函数,对输入圆柱壳结构振动功率流的主动控制进行了研究,并分析了几个重要参数对壳体结构振动功率流控制效果的影响.利用导纳函数求解结构响应,构造目标函数为二次型函数形式,利用哈密尔顿二次型最小值理论给出最优控制力前馈控制表达式.     

水下纵肋加强圆柱壳低频振动与声辐射

采用模态叠加法建立了水下纵肋加强圆柱壳振动与声辐射计算模型,其中纵肋的建模采用了Timoshenko梁理论,且考虑了纵肋的径向弯曲、周向弯曲、轴向纵振动和扭转振动。与仅考虑纵肋径向弯曲振动的传统建模方法相比,文中计算结果与有限元解吻合更好。分析了光壳和纵肋加强圆柱壳的振动模态、壳面均方振速和辐射声功率,给出了纵肋对圆柱壳低频振动与声辐射的影响规律。结果表明,加入纵肋后圆柱壳产生了新的振动模态;在低频段某些频率附近,壳体振动有所增强,但高频振动被明显降低;加入纵肋后,圆柱壳在低频段辐射声功率会出现许多新的峰值,峰的数量随纵肋数目增加而逐渐减少,在更高频段上加入纵肋后辐射声功率明显降低。     

基于有限测点的单层圆柱壳辐射声功率计算

文章从结构振动模态与声辐射模态的概念出发,研究了两端简支单层圆柱壳振动模态与声辐射模态的耦合关系。在此基础上,利用模态扩展构造一个模态滤波矩阵,从有限个结构测点测量数据中得到结构的声辐射模态参与系数,进而计算结构的辐射声功率;并利用矩阵条件数对结构测点布置数目与位置进行了研究。数值算例表明:这种测点布置方法与结构辐射声功率的计算方法是可行的,这为该领域的理论分析和工程应用提供了一定的参考。     

激励力对双层圆柱壳声辐射性能的影响

研究了不同激励力对流场中敷设阻尼材料的有限长加筋双层圆柱壳的振动和声辐射性能的影响.壳体的振动用Fkügge壳体方程描述,将加强构件等价为对内外壳体的支持力,粘弹性阻尼层的运动用三维Navier方程描述,壳体受到的激励力可以归结成轴向力、周向力、径向力、轴向弯距、周向弯距和扭矩的作用,点激励用δ函数表示,然后将其引入壳体振动方程,最后求解双壳体声-流体-结构耦合方程,计算结果用辐射声功率和表面振动均方速度级的形式表示.在数值分析部分,讨论了六种不同性质激励力、两个力联合作用以及阻尼材料对双层圆柱壳的辐射声功率和表面振动速度级的影响.得出结论:同一位置受单位力激励时,Mx 激励的声功率最高,F.居第二,F.最低;联合激励力产生的辐射声功率级和外壳振动速度级比单个力激励时都要大;阻尼材料能有效地抑制壳体的辐射噪声.     

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.     

基于声全息法的水下复杂圆柱壳体远场辐射声场计算及试验验证

针对水下圆柱壳体结构,采用声全息技术建立了由近场声预报远场辐射噪声的方法.在波数域内对近场声与远场辐射噪声的关系展开分析,建立了结合近场声信息提高远场辐射噪声特征分析及评估精度的工程实用化方法.通过加肋圆柱壳的算例验证了方法的正确性,为方法的实际应用提供理论指导.结合模型试验的结果对方法进行了进一步的对比验证.     

基于分布式压电片的圆柱壳结构振动功率流主动控制研究

对基于压电片作用的圆柱壳结构振动功率流主动控制进行了研究,原始激励假设为周向余弦分布线力形式,使用压电片作为控制激振器.以输入壳体的总功率流为控制目标函数,利用导纳函数将其表示成外加电压的二次型函数形式求解最优控制电压.通过计算分析发现,压电片与原始激励间的轴向距离及压电片周向粘贴位置,都会对控制后输入壳体的总功率流产生较大影响,且影响形式不同.     

基于分布式压电片的圆柱壳结构振动功率流主动控制研究

对基于压电片作用的圆柱壳结构振动功率流主动控制进行了研究,原始激励假设为周向余弦分布线力形式,使用压电片作为控制激振器。以输入壳体的总功率流为控制目标函数,利用导纳函数将其表示成外加电压的二次型函数形式求解最优控制电压。通过计算分析发现,压电片与原始激励间的轴向距离及压电片周向粘贴位置,都会对控制后输入壳体的总功率流产生较大影响,且影响形式不同。     

舱壁对圆柱壳振动声辐射影响研究

文章研究了加舱壁构成的多舱段圆柱壳的振动声辐射特性。壳体振动基于薄壳控制方程,舱壁振动分别考虑相互独立的面内伸缩与面外弯曲振动,建立用阻抗矩阵表示的壳体振动和辐射声功率解。通过数值计算研究舱壁对共振声辐射的影响,讨论舱壁个数、厚度及激励力位置对辐射声功率的作用,并分析舱壁作用机理。针对舱段长度与壳体直径之比在1.5到2.0之间的情况,计算结果表明,舱壁附加机械阻抗的作用导致壳体模态频率向低频移动,但基本不改变低频共振辐射的状态。多道舱壁在高频段降低壳体的均方振速,增加辐射效率,但对辐射声功率影响较小。激励力位置对低频共振辐射产生较大影响,特别是谷值变化可能高达10dB。舱壁的作用主要由其伸缩振动引起,因为伸缩振动产生的径向力的声激励效率最高。     

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。