圆柱壳体振动声辐射效率数值计算分析
圆柱壳体瞬态辐射噪声评估算法
圆柱壳体瞬态辐射噪声评估算法李琳玉;徐荣武;崔立林【摘要】通过自身传感器实测振动数据快速评估瞬态辐射噪声,对及时排除故障,保持水下目标隐蔽性具有重要的意义.本文提出一种基于加速度阵列测试数据的圆柱壳体瞬态辐射声场的工程估算方法:借鉴工况传递分析的思路,分析求解瞬态振-声传递率矩阵,将瞬态激励壳体振动的测量数据代入,就可以估算壳体辐射声压级.在振-声传递率求解的过程中引入截断奇异值分解法,改善求逆时的病态矩阵,减少测试中背景干扰带来的估计误差.试验结果证实,该方法可以用来快速评估空气中敲击圆柱壳体所产生的瞬态辐射噪声,大部分频段噪声级估计误差在3 dB以内.本方法可望提供快速估计圆柱形壳体振动水下辐射噪声级借鉴和参考.%Evaluating the impact of transient radiation noise quickly and troubleshooting timely through vibration data by acceleration sensors is significant for maintaining the stealth performance of the underwa-ter target. A method is proposed to evaluate the transient radiation noise of cylindrical shell based on the operational transfer path analysis theory. Using the data from the accelerometers and the vibration-sound relationship can evaluate the radiation noise pressure level. In the processing of solving vibration-sound re-lationship, truncated singular value decomposition (TSVD) has been involved for ill-posed problem. The experimental results show that the method can be used to evaluate the transient radiation noise quickly. Most of considerate frequency bands have an error below 3 dB. This method is expected to be used to estimate the radiation noise pressure level of cylindrical shell underwater.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】6页(P305-310)【关键词】加速度阵列;瞬态辐射噪声;工况传递路径分析【作者】李琳玉;徐荣武;崔立林【作者单位】海军工程大学武汉 430033;船舶振动噪声重点实验室武汉 430033;海军工程大学武汉 430033;船舶振动噪声重点实验室武汉 430033;海军工程大学武汉 430033;船舶振动噪声重点实验室武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】TB532随着减振降噪元器件效果、振动控制以及总体低噪声设计水平的不断提升，平稳运行条件下设备噪声得到了良好的控制，而因为某些突发情况产生的瞬态信号造成的辐射噪声很难通过上述方法进行抑制，例如设备突然开关、隔振装置突然失效、武器的空投和潜射、管道多向流体脉动等情况，都会产生与稳态辐射噪声完全不同的瞬态辐射噪声。
圆柱壳体的振动与声辐射的开题报告
圆柱壳体的振动与声辐射的开题报告一、研究背景圆柱壳体是工程结构中常用的一种形式，其广泛应用于机械、航空、航天、交通等领域。
圆柱壳体的振动和声辐射问题一直是热点研究方向，主要原因是这些问题涉及到结构的力学、声学和信号处理等多个方面。
目前，关于圆柱壳体的振动和声辐射问题已存在很多研究成果。
其中，研究的重点主要集中于圆柱壳体的振动特性和声辐射特性，以及不同材料和几何形状对振动和声辐射特性的影响等方面。
同时，还有一些研究对圆柱壳体的降噪技术进行探讨，以期能够降低圆柱壳体的声辐射。
二、研究目的本研究旨在通过理论分析和数值模拟的方式，探究圆柱壳体的振动与声辐射问题。
具体目标如下：1.研究圆柱壳体的振动特性和声辐射特性，分析其主要影响因素；2.探讨不同材料和几何形状对圆柱壳体的振动和声辐射特性的影响；3.针对圆柱壳体的振动和声辐射问题，提出相应的降噪技术，并进行实验验证。
三、研究内容本研究的主要内容包括以下几个方面：1.对圆柱壳体的振动和声辐射问题进行理论分析，研究其主要影响因素，并建立相应的数学模型；2.使用有限元方法，对圆柱壳体的振动和声辐射问题进行数值模拟，并与理论分析结果进行比较和分析；3.通过实验，验证圆柱壳体的振动和声辐射特性，并验证所提出的降噪技术的有效性。
四、研究方法本研究主要采用以下几种研究方法：1.理论分析法：根据圆柱壳体的基本物理学原理，推导出其振动和声辐射的数学模型，并分析主要影响因素；2.数值模拟法：采用有限元方法，对圆柱壳体的振动和声辐射问题进行数值模拟，并分析其特性；3.实验验证法：通过实验，测量圆柱壳体的振动和声辐射数据，并验证所提出的降噪技术的有效性。
五、研究意义圆柱壳体的振动和声辐射问题是目前工程领域面临的重要研究课题，该研究对以下几个方面具有重要意义：1.深入了解圆柱壳体的振动和声辐射特性，为其优化设计和减少噪声提供科学依据；2.探究不同材料和几何形状对圆柱壳体振动和声辐射性能的影响，对工程实践具有重要意义；3.提出有效的降噪技术，能够优化圆柱壳体的声学性能，为工程实践提供技术支持。
基于有限测点的单层圆柱壳辐射声功率计算
基 于有 限测点的单层 圆柱壳辐射声功率计算
和 卫 平 ，陈美 霞 ， 建 辉 ，张 聪 魏
（ 中科 技 大 学 船 舶 与海 洋 ５ 程 学 院 ， 汉 ４ ０ ７ ） 华 １ ２ 武 ３ ０４
摘 要 ： 章 从 结 构 振 动 模 态 与 声 辐 射 模 态 的 概 念 出 发 ， 究 了两 端 简 支 单 层 圆柱 壳 振 动 模 态 与声 辐 射 模 态 的 耦 文 研
第 １ ６卷第 １ ０期
２１ ０ ２年 １ ０月
文 章 编 号 ： ０ ７ ７ ９ （０ ２ １— ２４ ０ １０ — ２ ４ ２ １ ）０ １０ － ８
船舶力 学
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＳ ｉ ｃ ａ ｉｓ ｏ ｒ ａ ｈｐ Ｍｅ ｈ ｎｃ ｏ
Ｖ０ ．６ １１ Ｎｏ １ ．０
０ｃ ．２ ｎ ｈ ｉ ｗ ｏ ｎ ｆｔ ｅ ｓｒ ｃｕ ａ ｄ ｓ ａ ｄ ａ ｏ ｓｉ ａ ｉｔ ｎ ｍｏ ｅ ． ｆ ｒｔ ｅ ｒ — ｏ ｈ ｅ ｄ Ｓ ｓ ｉ ｄ ｆｏ ｔ ｅ ｖｅ ｐ ｉ ｔｏ ｔｕ ｔ ｒ ｌｍｏ ｅ ｎ ｃ ｕ ｔ ｒ ｄ ａｉ ｄ ｓ Ａ ｔ ｈ ｅ ｕ ｈ ｃ ｏ ｅ ｌ ｔ ｎ ｈｐ ｅ ｗｅ ｎ ｓ ｃｕ ａ ｄ ｓ ａ ｄ ｒ ｄ ａｉ ｎ ｍｏ ｅ ｒ ｂ ａ ｎ ｄ ｄ ｌ ｌ ｒｍａ ｒ ｓｄ ｒ ｅ ， ｙ ａ ｉ ｓ ｉ ｓｂ ｔ ｅ ｔ ｔ ｒ ｌ ｏ ｕ ｒ ｍｏ ｅ ｎ ａ ｉｔ ｄ ｓａ ｅ ｏ ｔｉ ｅ ，ａ ｍｏ ａ ｔ ｔ ｘ ｉ ｅ ｉ ｄ ｂ ｏ ｉ ｆ ｅ ｉ ｖ ｗｈ ｃ ｈ ｃ ｕ ｔ ａ ｉｔ ｎ ｍｏ ｅ ｖ ｌ ｃｔ ａ ｅ ｅ ｔａ ｔ ｄ ｆ ｍ ｈ ｅ ｐ ｎ ｅ ｏ ｌ ｔ ｄ ｍｅ ｓ ｒ ｏ ｎ ｓ ｉ ｈ ｔ ｅ ａ ｏ ｓｉ ｒ ｄ ａｉ ｄ ｅ ｏ ｉ ｃ ｎ ｂ ｘｒ ｃ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｓ ｆａｌ ｔ ａ ｕ ｅ ｐ ｉ ｔ． ｃ ｏ ｙ ｏ ｏ ｅ Ｔ ｅ ａ ｏ ｓｉ ｏ ｅ ｆａ ｓ ｕ ｔ ｒ ａ ｅ ｃ ｌ ｕ ａ ｅ ｈ ｏ ｇ ｉｈ ｅ ｕ ｏ ｃ ｕ ｔ ａ ｉｔ ｎ ｍｏ ｅ ｖ — ｈ ｃ ｕ ｔ ｐ ｗ ｒｏ ｔ ｃ ｕ ｅ ｃ ｎ ｂ ａ ｃ ｌ ｔ ｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ａ ｗｅ ｇ ｔ ｄ ｓ ｍ ｆ ｏ ｓ ｃ ｒ ｄ ａｉ ｄ ｅ ｃ ｒ ａ ｉ ｏ
有限浸深圆柱壳振动及远场声辐射的解析方法简
有限浸深圆柱壳振动及远场声辐射的解析方法简
有限浸深圆柱壳振动及远场声辐射是近年来政务民生领域中颇受重视的课题。
它利用直接有限元法模拟圆柱壳振动，研究得到的圆柱壳振动的结果被用作近场声辐射计算的初始数据，利用差分法，解决远场声辐射的问题，为政务民生工程的运筹布局、可行性提供有力的支撑。
有限浸深圆柱壳振动及远场声辐射的解析方法主要分两步：第一步，先有限元
分析建立三维边界介质问题，输入圆柱壳空腔结构参数和调查场景空气条件等数据，在空间离散、基于时域有限元方法和球壳空气介质对声学动扩散方程的应用，解决圆柱壳振动的问题，数值模拟得到圆柱壳振动的分布特性。
第二步，依据圆柱壳振动的分布特性，使用差分法解决远场声辐射问题，数值仿真结果用作政务用地可行性分析、政务民生工程布局等决策参考。
有限浸深圆柱壳振动及远场声辐射的解析方法对于政务民生领域有着广泛的应用，它利用有限元分析体系和差分数值计算技术，解决较为复杂的分部圆柱壳振动及其远场声辐射动扩散物理系统，为政务民生工程的规划设计、场地可行性提供有力的支撑。
基于统计能量法的环肋圆柱壳中、高频振动与声辐射性能数值分析
基于统计能量法的环肋圆柱壳中、高频振动与声辐射性能数值
分析
和卫平;陈美霞;高菊;陈清坤
【期刊名称】《中国舰船研究》
【年(卷),期】2008(003)006
【摘要】基于统计能量法(SEA)对力激励下的环肋圆柱壳中、高频振动与声辐射性能进行了数值分析,通过与解析法计算结果的对比,证明了利用统计能量法进行圆柱壳中、高频振动与声辐射研究的可行性.重点分析了双层圆柱壳的振动与声辐射性能,得到一些有价值的结论.最后,对比分析了在相同激励力下的单、双层圆柱壳的声辐射性能,双层圆柱壳的外场辐射声压比单层圆柱壳的小.
【总页数】6页(P7-12)
【作者】和卫平;陈美霞;高菊;陈清坤
【作者单位】华中科技大学,船舶与海洋工程学院,湖北,武汉,430074;华中科技大学,船舶与海洋工程学院,湖北,武汉,430074;华中科技大学,船舶与海洋工程学院,湖北,武汉,430074;华中科技大学,船舶与海洋工程学院,湖北,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】U661.44
【相关文献】
1.基于Riccati传递矩阵法分析水下有限长环肋圆柱壳的声辐射性能 [J], 曹雷;马运义;黄玉盈
2.一种非均匀环肋圆柱壳振动与声辐射性能研究 [J], 王珺;夏齐强;林超友;陈志坚
3.环肋柱壳在流场中声辐射性能分析 [J], 谢官模;骆东平
4.环肋柱壳在流场中的声辐射性能实验报告 [J], 骆东平;谢官模
5.基于统计能量法研究肋骨对双层圆柱壳\r声辐射特性的影响 [J], 张恺;纪刚;周其斗;李宗威
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
考虑结构损耗时水中圆柱壳的振动声辐射特性研究
考虑结构损耗时水中圆柱壳的振动声辐射特性研究石焕文;盛美萍;孙进才;白雅【期刊名称】《应用力学学报》【年(卷),期】2007(24)3【摘要】基于圆柱壳的振动方程以及壳与流体边界上振速连续条件,推导了简支在刚性圆管上的有限长圆柱壳的低频声辐射的自辐射阻抗和互辐射阻抗计算公式,在考虑结构损耗情况下求解了圆柱壳的机械阻抗、表面振速、辐射声功率、辐射效率以及辐射声场的分布特征。
结果表明:低阶模态自辐射阻抗大于互辐射阻抗,且自辐射阻随模态阶次增大迅速减小;当p、m同为偶数或奇数时模态辐射阻系数rpmqq 大于零,反之小于零。
模态辐射抗系数xpmqq在零值附近波动并当ka趋于无穷大时xpmqq都趋向零;p与m相差越大,rpmqq和xpmqq越小。
当激励力频率较低时圆柱壳辐射声场指向性为"∞"和"8"叠加的形状;随频率增高,轴向模态和周向模态综合效果导致辐射声场指向性趋于复杂。
计算简支圆柱壳的声辐射特征,必须要考虑结构的损耗。
【总页数】6页(P434-439)【关键词】圆柱壳;结构损耗;声辐射阻抗;声场指向性【作者】石焕文;盛美萍;孙进才;白雅【作者单位】西北工业大学,西安710072;长安大学,西安710064【正文语种】中文【中图分类】O321【相关文献】1.非均匀圆柱壳振动及声辐射特性优化设计 [J], 陈美霞;徐鑫彤;魏建辉;陶襄樊2.潜深对水下圆柱壳振动声辐射特性的影响 [J], 刘佩;刘书文;黎胜3.基于波数谱的双层圆柱壳外壳振动与声辐射特性分析 [J], 谭路;纪刚;周其斗;张纬康4.管路-圆柱壳耦合振动功率流与声辐射特性研究 [J], 吴江海;尹志勇;孙玉东;周凌波;苏明珠5.双层圆柱壳振动传递及近场声辐射特性研究 [J], 姚熊亮;钱德进;刘庆杰;张阿漫;庞福振因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
(多层复合)圆柱壳体的振动和声辐射研究的开题报告
（多层复合）圆柱壳体的振动和声辐射研究的开题报告1. 研究背景多层复合材料圆柱壳体（Multi-Layered Composite Cylindrical Shell, MLCCS）在工业和军事领域有着广泛的应用，如飞机机身、舰船壳体、天线罩等结构。
然而，在长期使用过程中，MLCCS常常会遭受外力的作用而发生振动，同时也会对周围环境产生噪声污染，影响人类生活和健康。
因此，研究MLCCS的振动与声辐射问题具有重要意义。
2. 研究内容本课题的研究内容包括以下几个方面：（1）MLCCS振动模态分析：通过有限元方法（Finite Element Method, FEM）建立MLCCS的有限元模型，分析其在自由振动状态下的振动模态特性，并基于该特性对其振动稳定性进行评估。
（2）MLCCS受激振动分析：将MLCCS作为被动结构，通过有限元方法建立其与外界相互作用的系统，对其在受激情况下的动力响应特性进行研究。
（3）MLCCS声辐射分析：基于声学理论及有限元模型，分析MLCCS噪声产生机理、传播途径、辐射场，对其声辐射特性进行分析和预测。
（4）MLCCS振动与声辐射控制：通过材料特性研究、结构参数优化等方法，探究降低MLCCS振动和声辐射的有效途径，并制定控制策略。
3. 研究方法本课题采用有限元数值模拟、声学测量技术等方法进行研究。
（1）有限元数值模拟：通过商业有限元软件对MLCCS的结构进行建模和分析，得到MLCCS的振动模态、受激振动和声辐射场等信息。
（2）声学测量技术：采用声场测量系统对MLCCS进行室内或室外噪声测试，并通过傅里叶变换等处理手段对其声谱特性进行分析。
4. 预期成果本课题的预期成果包括：（1）建立MLCCS的有限元模型，分析其振动特性、受激振动响应以及声辐射特性；（2）量化MLCCS振动和声辐射的程度，并制订控制策略；（3）为提高MLCCS的振动稳定性和降低噪声水平提供理论依据和技术支持。
求解圆柱壳弯曲振动声辐射问题的一种近似解析法
求解圆柱壳弯曲振动声辐射问题的一种近似解析法
夏齐强;陈志坚;艾海峰;张朋涛
【期刊名称】《中国舰船研究》
【年(卷),期】2011(006)005
【摘要】圆柱壳梁式弯曲振动是一种常见模态,其基于摆动柱声辐射理论.通过引入修正因子,将无限长柱的声压计算转换到有限长柱的声压计算中,提出一种求解圆柱壳弯曲振动声辐射问题的近似解析法.结合算例,计算了其弯曲振动的远场声学特性,并与广泛应用的边界元进行了比较.结果表明,两者具有较好的一致性,近似解析法简单快速,可作为工程评定方法.
【总页数】5页(P28-31,45)
【作者】夏齐强;陈志坚;艾海峰;张朋涛
【作者单位】海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;海军兵种指挥学院,广东广州510410
【正文语种】中文
【中图分类】U661.44
【相关文献】
1.求解饱和多孔介质圆柱壳动力学问题的一种半解析方法 [J], 向宇;孙润;陆静;袁丽芸
2.求解水下非圆弹性环声散射问题的一种半解析方法 [J], 向宇;黄玉盈
3.求解远场声辐射问题的一种快速边界元法 [J], 高晟耀;王德石;朱拥勇
4.基于解析法的弹性板-柱壳结构外场声辐射有源力控制 [J], 李鸿秋;陈国平;谢琳艳
5.求解水下纵向加肋无限长非圆柱壳声辐射问题的一种新的半解析方法 [J], 黄玉盈;向宇;苏海东
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
圆柱壳体振动声辐射效率数值计算分析作者：西北工业大学贺晨盛美萍石焕文摘要：利用有限元、边界元和统计能量分析方法并结合软件对圆柱壳体在流场中受激振动及声辐射效率作了数值计算分析研究。
利用ANSYS 软件计算壳体的模态及其在流场中受点激励时的振动响应。
然后结合SYSNOISE 软件和AUTOSEA 软件分别计算壳体在流场中声辐射效率在低频段和高频段时的频率响应。
从而建立一套圆柱壳体在流场中振动声辐射效率在全频段的数值计算分析方法。
关键词：声学;圆柱壳体;振动;声辐射效率;数值计算声隐身技术在水下目标隐身技术中仍然占据主导地位。
水下目标的声隐身性能主要体现在抗敌主动声纳的探测能力及防敌被动声纳探测能力上,而降低和屏蔽自身的辐射噪声是水下目标主动隐身的有效措施,因此研究结构声辐射对于水下隐身技术具有重大的意义。
航行器的结构噪声来源于内部机械激励板或壳体振动并带动周围流体介质产生声辐射,而圆柱壳体是潜艇、鱼雷及其他各种空中或水下航行器舱段的主要结构形式,因此研究圆柱壳体在有流体介质负荷时的声2振特性具有重要的理论价值和实际意义。
有限元2边界元方法是结构振动声辐射常用的数值分析方法,比较成熟的商用软件包括美国ANSYS 公司开发的有限元软件ANSYS 和比利时LMS公司开发的有限元2边界元软件SYSNOISE 等。
ANSYS 软件含有有限元技术,可以计算任意复杂结构的水下振动与声学问题。
但该软件声场后处理能力弱,无法给出声辐射功率、声辐射效率等声学参量。
SYSNOISE 软件既含有限元技术,又含边界元技术,可计算一般复杂弹性结构的水下耦合振动问题。
其对声场的后置处理功能很强,可计算结构的声辐射功率、激励力的辐射声功率、声辐射效率、声场的质点振速分布及远场指向性等等。
综合这两套软件的特点,将其联合起来使用,可以计算水下圆柱壳体与声场的耦合振动与声辐射问题[1 ] 。
然而在高频区域,有大量的共振模态存在使得对所有振动共振模态的确定性分析是不现实的;同时计算频率越高,网格划分越细,单元数量就越多,而目前计算机的处理能力有限,因此有限元2边界元方法在高频时就不适用。
然而统计能量分析法则可以很好地解决高频计算问题,利用法国ESI 集团研究开发的统计能量分析软件AU TOSEA2 可以计算圆柱壳体在流场中高频时的声场响应。
结合这些方法就可以计算圆柱壳体在流场中振动声辐射全频段的响应。
1 用有限元方法分析圆柱壳体的振动响应我们计算的模型是一个两端封闭的圆柱壳体,几何示意图见图1 ,该壳体的参数如下。
图1 圆柱壳体几何示意图总长度为L = 0. 6m ;外径d = 0. 7m ;壳体厚度h = 0. 0065m ;壳体材料密度ρs = 2700kg/ m3 ;杨氏模量E = 6. 85 ×1010N/ m2 ;泊松比δ= 0. 34 ;流体密度ρf = 1000kg/ m3 ;流体中的声速c = 1500m/ s。
分别计算壳体在真空中和流体中的振动轴对称特征频率,结果如表1 。
利用ANSYS 软件的有限元技术可计算壳体表面的法相位移和表面声压的频率响应以及流场中任意一点的声压频率响应。
建立水下圆柱壳体的平面轴对称ANSYS 计算模型示意图如图2 。
图2 水下圆柱壳体的平面轴对称ANSYS 计算模型示意图壳体用轴对称壳单元SHELL61 进行离散;与壳体接触的很薄的一层流体(厚度为0. 1m) 采用接触的FLUID29 单元进行离散;其余流体采用非接触的FLUID29 单元进行离散;流体最外层的边界上是FLUID129 吸声单元,远场距离R = 20m ;壳体受位于圆柱壳顶点的点力F (方向沿Y轴方向) ,计算过程中幅值保持1N 不变,频率范围从1Hz 到500Hz ,频率变化步长为5Hz。
计算壳体在激励力作用下壳体上一点a (坐标(0. 335m ,0. 060m ,0m) ) 和流体中r = 7m 处的一点b (坐标(7. 000m ,0. 627m ,0m) ) 的声压频率相应。
计算结果如图3 。
图3 壳体上a 点处和流场中b 点处的声压响应值由于声波在流场中传递时的衰减,壳体上点的声压响应要大于流场中点的声压响应。
计算壳体在激励力作用下壳体上a 点和激励力作用点处的法相位移的频率响应,计算结果如图4。
图4 壳上a点和激励力点处的位移响应值提取壳体表面的网格和相应节点上的位移响应,将其传给SYSNOISE 软件,由SYSNOISE 软件的边界元技术可进一步计算圆柱壳体的辐射声功率、辐射效率等声学特征值。
2 利用SYSNOISE 软件计算圆柱壳体的声辐射效率首先利用ANSYS 软件建立壳体的有限元模型,将有限元模型的网格导出并保存。
在ANSYS 中解算壳体的模态,并将其导出并保存。
将壳体内部视为真空作近似处理,利用SYSNOISE 软件选择外部耦合直接边界元计算模型进行结构声辐射效率的计算。
首先导入由ANSYS 计算所得的结构网格,然后将模态计算结果导入,并赋予相应的网格。
添加边界条件,在这个计算模型中施加的是如图1所示的单位力。
分别计算壳体在空气中和流体中的声辐射效率,结果如图5 ,图6 。
图5 空气中SYSNOISE 计算结果与理论值对比结果图6 壳体在流体中声辐射效率计算结果由计算结果看出,在空气中壳体在到达临界频率之前声辐射效率基本上随着频率的增加而增加,在到达临界频率之后声辐射效率趋近于1 ,与理论计算公式[2 ]的计算结果是一致的。
在流体中,由于壳体的临界频率很高( fc 约为35kHz) ,在这里计算的仅仅是相对临界频率很低频的一个窄带的声辐射效率频率响应,由图6 可以看出声辐射效率随着频率增加而增加,这与理论计算结果也是一致的。
对于流场中的高频问题,即圆柱壳体在流体中临界频率附近的声辐射效率计算问题,利用SYSNOISE 软件还难以实现。
首先SYSNOISE 软件本身能够精确计算的最高频率约为10kHz ,远远低于结构在流体中的临界频率。
其次软件计算时要求在每个声波波长内要有六个网格单元,随着计算频率升高,声波波长减小,网格就要细化,模型的节点和单元数增加,受到计算机处理能力的限制,使得计算变得不现实。
对于高频计算问题,下一步我们将采用统计能量分析的方法来加以解决。
3 统计能量分析法计算圆柱壳体的声辐射效率统计能量分析(Statistical Energy Analysis ,简称SEA) 是60 年代初发展起来的一种动态系统随机振动分析方法。
40 多年来,这种方法已用于航空、航天结构在声场作用下的动态特性分析。
在高频区域,有大量的共振模态存在,要对所有的振动共振模态的确定性进行分析是不现实的,数值计算方法如有限元2边界元方法在高频时就不适用,而统计能量分析法则可以很好地解决高频计算问题[3 ] 。
随着统计能量分析方法及其应用的发展出现了比较成熟的分析软件,如法国ESI 集团开发研究的AU TOSEA2 软件。
正是由于AU TOSEA2 的出现,工业界才真正意义上大规模在产品设计早期使用统计能量分析的方法分析振动噪声。
采用AU TOSEA2 软件进行结构声2振分析的一般步骤为:首先要设点,根据模型尺寸,输入点坐标;根据模型材料,输入所用的所有材料的参数;输入可能用到的构件类型,例如所有用到的梁,板之类。
然后在3D 界面中定义子系统,设定每个子系统的类型;设定所有载荷及约束频谱,在3D 界面中合适位置定义载荷与约束;设定采取的噪声控制处理方法,例如对面的吸声处理,隔振弹簧类型等,在3D 界面中合适位置添加噪声处理;最后进行子系统间的连接后就可以进行计算并查看结果。
采用统计能量分析法用AU TOSEA2 软件计算圆柱壳体声辐射效率时,将壳体和外部流场划分为两个子系统,两者就构成了一个双振子系统的耦合振动模型。
在确定了壳体的几何参数、材料参数以及流场的性质后,AU TOSEA2 软件可自动提供结构内损耗因子及结构间的耦合损耗因子,加载后进行子系统的连接,进而求解便可计算壳体的振动响应及其声场特性。
计算上述圆柱壳体在流场中声辐射效率的高频响应,结果如图7 。
图7 AUTOSEA2 计算结果与理论值对比结果由计算结果看出,圆柱壳体在达到临界频率之前声辐射效率基本上随着频率的增加而增加,在达到临界频率时出现极大值,临界频率之后声辐射效率渐渐趋近于1 ,软件计算结果与理论结果有很好的一致性。
4 结语本文采用了数值方法来计算圆柱壳体的振动声辐射响应。
有限元2边界元方法借助于ANSYS、SYSNOISE 软件,通过离散化的网格单元划分,可以较为准确地计算圆柱壳体在流体中的振动声辐射响应。
但是该方法受到软件适用范围以及计算机处理能力的制约,只能计算壳体低频时的响应。
统计能量分析方法借助于AU TOSEA 软件,分别将圆柱壳体和流体划分为两个子系统,可以很好地计算壳体在高频时声辐射响应,而在低频时对于所考虑频带范围内没有足够的模态数时,统计能量分析方法就不适用了。
综合以上两种方法,就可以很好地提供一套较好的计算圆柱壳体在流场中振动声辐射效率的方法(见图8) 。
图8 圆柱壳体在水中的声辐射效率计算结果由图8 可见:低频时采用有限元2边界元方法,高频时采用统计能量分析方法,两者结合就可以计算全频段内圆柱壳体的声辐射效率,其计算结果与解析计算方法也有很好的一致性,证明了该计算方法的可行性与正确性。
参考文献:[1 ] 商德江,等. 加肋双层圆柱壳振动声辐射数值计算分析[J ] . 声学学报,2001 ,5 ,26 (3) :193 - 201.[2 ] J unger. M. C , Feit . D. Sound , structures and their interaction. second edition , The MIT Press , 1986.[3 ] 姚德源,王其政. 统计能量分析原理及其应用[M] . 北京:北京理工大学出版社,1994.(end)。