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。
基于波数谱的双层圆柱壳外壳振动与声辐射特性分析
基于波数谱的双层圆柱壳外壳振动与声辐射特性分析
谭路;纪刚;周其斗;张纬康
【期刊名称】《中国舰船研究》
【年(卷),期】2015(010)006
【摘要】为说明双层圆柱壳外壳振动模式与声辐射间的一般性规律,在通过结构有限元耦合流体边界元方法获得外壳的振动响应后,采用波数谱分析方法将其振动响应在无限长圆柱面上进行波数域的展开,实现振动的波形分离,并获得振动和声辐射功率波数谱,从而对其振动与声辐射模式进行判断.研究表明,双层圆柱壳外壳的周向振动呈现为多模式特征,轴向振动具有短波振动特征;周向辐射模式为低阶辐射模式,轴向辐射模式为长波辐射模式.
【总页数】6页(P68-73)
【作者】谭路;纪刚;周其斗;张纬康
【作者单位】海军工程大学舰船工程系,湖北武汉 430033;海军工程大学舰船工程系,湖北武汉 430033;海军工程大学舰船工程系,湖北武汉 430033;海军工程大学舰船工程系,湖北武汉 430033
【正文语种】中文
【中图分类】U661.44
【相关文献】
1.应用波数谱分析纵向构件对双层圆柱壳振动与声辐射的影响 [J], 谭路;纪刚;周其斗;张纬康
2.双层圆柱壳内外壳振动与声辐射相似性研究 [J], 陈美霞;牟彬杰;魏建辉;张晓宇
3.基于波数谱法的潜艇模型声辐射特性分析 [J], 张皓博;纪刚;谭路
4.基于映射声无限元法柱壳振动声辐射特性分析 [J], 田正东;苏楠;姚熊亮
5.基于l1范数稀疏解的水下双层圆柱壳振动声辐射预报影响因素研究 [J], 叶海林;陈美霞;陶襄樊
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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。
圆柱壳体振动声辐射效率数值计算分析
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。
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
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水中有限长功能梯度材料圆柱壳声辐射研究
水中有限长功能梯度材料圆柱壳声辐射研究徐步青;杨绍普;齐月芹【摘要】研究了径向简谐集中力激励下的水中功能梯度复合材料有限长圆柱壳的振动和声辐射问题.从有限长功能梯度材料振动方程出发,利用模态叠加法,推导出了圆柱壳在径向集中力激励下,平面振动平均振速和声辐射效率表达式.通过数值仿真计算了不同梯度指数下圆柱壳的平均振速、辐射功率和辐射效率.为功能梯度材料圆柱壳声辐射的研究提供了一种有效方法.%Sound radiation from a submerged functionally gradient material cylindrical shell excited by har monic point radial force is considered. Based on the vibration equation of finite FGM cylindrical shell, the ex pression of mean radial quadratic velocity and sound radiation efficiency by modal analysis method have been de rived on the condition that it is excited by a radial harmonic point force. Finally, the relationships between mean radial quadratic velocity and frequency, between radiated sound power and frequency, and between radiation ef ficiency and frequency are numerical solved under various gradient index of FGM cylindrical shell.【期刊名称】《石家庄铁道大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(024)003【总页数】6页(P44-49)【关键词】声辐射;功能梯度材料;圆柱壳;梯度指数;有限长【作者】徐步青;杨绍普;齐月芹【作者单位】石家庄铁道大学工程力学系,河北石家庄 050043;河北省交通安全与控制重点实验室,河北石家庄 050043;石家庄铁道大学工程力学系,河北石家庄050043;石家庄铁道大学工程力学系,河北石家庄 050043【正文语种】中文【中图分类】TU3180 引言功能梯度材料( Functionally Graded Material，简称FGM) 是由一种全新的设计概念而开发的新型功能材料。
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。
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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)。