2016年结构声振耦合分析解决方案精品ppt
声固耦合分析的流程
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(整理)耦合分析
耦合分析耦合场分析的定义耦合场分析是指在有限元分析的过程中考虑了两种或者多种工程学科（物理场）的交叉作用和相互影响（耦合）。
例如压电分析考虑了结构和电场的相互作用：它主要解决由于所施加的位移载荷引起的电压分布问题，反之亦然。
其他的耦合场分析还有热-应力耦合分析，热-电耦合分析，流体-结构耦合分析，磁-热耦合分析和磁-结构耦合分析等等。
耦合场分析的类型耦合场分析的过程取决于所需解决的问题是由哪些场的耦合作用，但是，耦合场的分析最终可归结为两种不同的方法：序贯耦合方法和直接耦合方法。
序贯耦合解法序贯耦合解法是按照顺序进行两次或更多次的相关场分析。
它是通过把第一次场分析的结果作为第二次场分析的载荷来实现两种场的耦合的。
例如序贯热-应力耦合分析是将热分析得到的节点温度作为“体力”载荷施加在后序的应力分析中来实现耦合的。
直接耦合解法直接耦合解法利用包含所有必须自由度的耦合单元类型，仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果。
在这种情形下，耦合是通过计算包含所有必须项的单元矩阵或单元载荷向量来实现的。
例如利用单元SOLID5，PLANE13，或SOLID98可直接进行压电分析。
流-固耦合分析主要用于解决流体(含气体)与结构之间的相互作用效应。
包括: 流-固耦合法、水弹性流体单元法、虚质量法。
（1）流-固耦合法流-固耦合法广泛用于声学和噪音控制领域中,如发动机噪声控制、汽车车厢和飞机客舱内的声场分布控制和研究等。
分析过程中,利用直接法和模态法进行动力响应分析。
流体假设是无旋的和可压缩的, 分析的基本控制方程是三维波方程, 二种特殊的单元可被用来描述流-固耦合边界。
(噪)声学载荷由节点的压力来描述, 其可以是常量, 也可以是与频率或时间相关的函数, 还可以是声流容积、通量、流率或功率谱密度函数。
由不同的结构件产品的噪声影响结果可被分别输出。
（2）水弹性流体单元法该方法通常用来求解具有结构界面、可压缩性及重力效应的广泛流体问题。
高速列车车厢结构声-振耦合响应数值分析
第２ ０卷 第 ３期
２１ ０ １年 ９月
计 算 机 辅 助 工 程
Ｃｏ ｕ ｅ ｄ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｍｐ ｔ ｒＡｉ ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｇ
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ３ １２ ． Ｓｅ ｔ ２ １ ｐ ． ０１
文 章 编号 ：０６—０ ７ （０ ） ３０ ４ —７ １０ ８ ２ １ ０ ．０ ２０ １ Ｉ
中图分 类号 ：Ｕ ７ ． ； ２ １９ ； Ｂ １ ． ２ ０ ２ Ｕ ７ ． １ Ｔ Ｉ５ １ 文献标 志码 ： Ｂ
Ｎ ｕｍ ｒ ＿ — ｅ ・ ａｌ ａｎａｌ ｓ ０ｎ ｏ ｔ Ｖｉ ａＡｏｎ ｏｕｐｌｎ￣ ｒ ｓ ｎｓ ｔ ｔ ｉ ｃ ｌ ｉ ‘ ｙ ｓ ａｃ ｕｓ ｉ Ａｃ－ ‘ ● ｂｒ － ■ ｔ ｉ ｃ ｌ ｉ － ｅ ｏｏ ｅ ＯＩ ‘
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａｓ ｔ ｈｅ ｉｓ ｅ ｈ ｔｔ ｅ ｓｒ ｎ ｃ ｕｓｉ ｒ ｓｕ ｅ ｗｈ ｃ ｓ ｇ ｎ ｒ ｔ ｄ ｏ ｓｒ ｃｕ ｅ ｓ ｒａ ｅ ｂｙ ｏ ｔ ｓｕ ｓ ｔ ａ ｈ ｔｏ ｇ ａ ｏ ｔ ｐ ｅ ｓ ｒ ｉ ｈ ｉ ｅ ｅ ａｅ ｎ ｔｕ ｔ ｒ ｕ ｆ ｃ ｃ
高速列车车厢结构声-振耦合响应数值分析
高速列车车厢结构声-振耦合响应数值分析徐凯;李跃明【摘要】为研究高速列车运行时结构表面产生的强声压对乘坐环境和结构破坏的影响,针对某型高速列车建立车厢声-振耦合有限元模型,研究车厢的结构模态、室内声场模态及结构-声场耦合系统模态；针对其所处特殊动态环境,计算耦合系统谐响应,考察其振动特点及室内噪声分布情况.计算结果表明,车厢结构低阶模态显示出良好的整体性,在较高频段内以局部模态为主；空腔声场各阶模态振型对称,耦合系统模态大部分与结构模态相似；车厢结构的振动以车头、车顶、侧墙为主,其中车头鼻锥处、车底及车顶局部位移响应较大,车头鼻锥及其车厢壁板处声压响应较大.【期刊名称】《计算机辅助工程》【年(卷),期】2011(020)003【总页数】7页(P42-48)【关键词】高速列车;声-振耦合;有限元;数值分析【作者】徐凯;李跃明【作者单位】西安交通大学航天航空学院强度与振动教育部重点实验室,西安710049;西安交通大学航天航空学院强度与振动教育部重点实验室,西安710049【正文语种】中文【中图分类】U270.2;U271.91;TB115.12009年，随着武广、郑西线350 km/h高速铁路线的开通，标志着我国铁路正式进入高速列车时代．［1］然而，随着列车运行速度的不断提升，许多低速时常被忽略的问题都显现出来，如车体结构振动明显、内部噪声加剧等．这些问题对结构设计和制造提出更高要求，需要开展与运行相适应的流－固耦合关系等研究．［2］声学经典理论已有很长的历史［3］，许多研究者关注结构声－振耦合特性，并取得很大进展．由于试验及测试条件等限制，数值计算在声－振耦合问题分析中成为重要的研究手段，而其中的有限元法又占有极其重要的位置，它适用于任何形状结构－声场耦合系统，并且可真实模拟声场低频波动特性，还适用于声－结构界面(FSI)阻抗非均匀分布等情况［4］．1966 年，GLADWELL 和 ZIMMERMANN 提出声－结构能量公式，开创有限元法在声学领域应用的先例．［5］1970年后，有限元法在工程声学中得到应用和推广．1980年后，国内外学者开始对声－结构耦合系统的有限元分析进行较为深入的研究，使之广泛应用于多个领域:丁渭平等［6］采用有限元法研究弹性薄壁腔体声－振耦合计算模型;刘禹等［7］分析车辆乘坐室声－固耦合系统特性;邹元杰等［8］基于共轭子空间迭代法，提出计算结构振动固有频率和振型的双重迭代算法;谢素明等［9］利用有限元法分析铁路客车结构－声耦合系统的声学特性．本文以某型高速列车为研究对象，基于有限元法着重分析、研究列车在高速运行过程中车厢整体结构声－振耦合特性，针对其所处的特殊动态环境进行声－振耦合动力学特性分析，考察高速列车在运营过程中的振动特点及其室内噪声分布情况．声音是一种机械振动状态的传播，其传播与某种弹性介质(如空气等)相联系．［10］声音作为一种宏观物理现象，满足物理学运动方程(1)，即牛顿第二定律、质量守恒定律和物态方程．对于内腔声－振耦合系统，腔体结构含有刚性壁面、吸声壁面以及弹性壁面等．同时考虑式(2)和各种边界条件的影响，可得内腔声场的等效积分弱形式式中:p为声压;ρ为介质密度;v为质点振动速度;t为时间;ρ'为密度增量;c为流体介质中的声速;▽为微分算子．根据介质及声传播的基本假设可建立波动方程式中:n为壁面外法线方向;Za为吸声壁面声阻抗率;u¨为质点振动加速度沿壁面法向的分量;ρ流为流体介质密度;V为声腔域;Ar为刚性壁面域;Aa为吸声壁面域;Af为弹性壁面域;δp为声压的变分．经过插值可得与结构耦合的声场有限元方程式中:M(a)为声场总体质量矩阵;C(a)为声场总体阻尼矩阵;K(a)为声场总体刚度矩阵;A(a)为声场与结构的耦合矩阵．同时，考虑声压作用，弹性体结构的振动将与内声场产生耦合作用，根据弹性力学基本方程，由虚位移原理、平衡方程和力边界条件可得结构的等效积分弱形式式中:ui(x，y，z)为 t时刻的位移场;nj为边界sσ 的外法线;σij为2阶应力张量;Ti为面力．将声压和其他载荷作为结构的动力载荷，经化简可推导出与声场耦合的结构动力学方程式中:M(s)为结构单元质量矩阵;C(s)为结构单元阻尼矩阵;K(s)为结构单元刚度矩阵;f(s)为结构单元载荷;A(s)为结构与声场的耦合矩阵．在解决结构－声场耦合问题时，同时考虑式(4)和(6)．以结构质点的位移u和声场空间位置声压p为未知量，可得结构－声场耦合系统的动力学有限元方程本文以 CRH 5型动车组［11］为对象，研究其声－振耦合特性，建立车厢结构、室内空腔声场及其结构－声场耦合系统有限元模型，将结构－声场相互作用的界面单元设置为流－固耦合单元(“接触型”流体单元)．此外，将耦合界面定义为特殊的声－结构界面(FSI)，建立结构－声场耦合系统有限元模型．见图1．车厢壁板材料为EN AW 7005 T6，门、窗主要材料为钢化玻璃，空腔介质为空气．有限元网格划分共使用3种单元类型，即车厢结构采用四节点等参薄壳单元，列车室内空腔声场单元分别采用接触型和非接触型的三维流体单元．2．2．1 车厢结构模态分析结构的固有振动是分析车厢振动特性和噪声产生机理的依据．本文计算前100阶结构固有模态．图2为具有代表性的部分模态振型，可知，图2(a)～2(d)分别为车厢结构前4阶非零的模态振型，表现为整体振动，其中侧墙和车顶振动明显，从第18阶模态(12．19 Hz)开始(见图2(e)～2(h))，振型逐步转变为局部模态，且随着频率的提高，局部模态增多，车头处的振动逐渐增强．低阶模态显示出良好的整体性，而在较高的频率范围内，频率密集程度增大，以局部模态为主．另外，从固有振型的总体特征看，车厢的振动形式主要以车顶、地板、侧墙和车头处为主．2．2．2 室内空腔声学模态分析对车厢室内空腔声学模态进行分析，可用于确定是否激起共振，为车厢声学结构设计提供依据．本文计算前20阶室内空腔声学模态．图3为具有代表性的部分声学模态振型．室内空腔声场的声学频率和模态振型由几何形状确定，车厢结构左右对称，因此室内空腔声场各阶模态振型也左右对称．由图3可知，前9阶均为纵向模态，声压沿纵向变化，列车头部及端墙处声压较大;从第10阶(51．89 Hz)开始出现竖向模态，车厢顶部及地板声压较大;从第13阶(55．06 Hz)开始出现横向模态，车厢壁板侧墙声压较大，其余各阶模态均为这3种形式的叠加．由室内噪声产生的机理可知，当车厢结构固有模态与室内空腔声学模态重叠时，室内空腔与车厢结构将发生共振现象，产生“嗡嗡”声，因此在结构设计时应避免此类情况的发生．计算结果表明，在13．21 Hz，25．61 Hz和31．78 Hz时声学模态与结构模态振动频率很接近，将会与车厢结构产生耦合现象，从而加剧室内噪声，降低乘坐舒适性．2．2．3 结构－声场耦合系统模态分析在高速列车运行时，车厢受外力引起结构振动，结构振动又受到室内流体介质(空气)制约，从而产生噪声，在室内被放大或衰减;反之，产生的噪声同样会放大或抑制结构振动．因此，有必要将车厢结构与室内空腔耦合起来考虑结构－声场耦合系统的动力学特性．本文计算车体结构－声场耦合系统前100阶模态．图4为耦合系统典型的部分模态振型，可知，耦合系统模态与结构模态的振型和频率都相差不大．耦合系统的模态振型从第21阶(12．25 Hz)开始逐步由整体模态转变为局部模态．耦合系统模态大部分表现为车厢结构模态，即耦合系统大部分模态振型与车厢结构模态相对应;而室内空腔声学模态对耦合系统模态影响不大．高速列车与普通列车最根本的区别在于车体动态环境发生质变:由低速运行时机械、电气作用为主转变为高速运行时气动作用为主．［12］列车行驶时(见图5)将前部气流压缩，在头部附近形成正压，并出现较大的压力梯度，其中车头处正压最大，前窗玻璃与车厢连接处非平滑过渡，其下部会出现较大正压;由于车头与车顶连接处流线形较好，气流并没有发生明显分离，会出现较高负压，此后负压逐渐降低;头部侧墙与车顶连接处也会出现较大负压;车体底部气流形成负压;车厢大部分区域结构变化平缓，均为负压，且明显小于列车头部向顶部过渡区及侧墙与车顶流线形连接区［13-15］．根据列车高速运行时受载荷的主要特点对模型进行加载，气动阻力［12］可由式(8)确定．式中:ρ为空气密度;A迎为迎风面积;C气为气动阻力系数;V为运行速度．同时，为模拟列车在高速运行时受到的激励，在车厢底部转向架处分别施加横向、纵向和垂向等3个方向的单位激励，实现对列车高速运行特点的模拟．考虑结构－声场耦合，在频率为5～75 Hz范围内，取步长1 Hz对系统进行谐响应计算，获得车体在某些频率下的振动响应，见图6．在频率为5～75 Hz的激励载荷作用下，车厢结构的振动形式主要表现为车头、车顶和侧墙的局部变形，其中车头鼻锥处、车底以及车顶局部振动响应较大．同时选取与振动响应相同的频率，图7显示出室内空腔声场在其相同频率上的声压分布．对于车厢整体，车头鼻锥和车厢壁板处声压较大．随着外激励频率增大，车厢室内空腔声压分布变得复杂，在较高频段内声压分布强弱交错．车头鼻锥处振动随激励频率的提高变化最为明显，车厢顶部及地板振动在整个频率范围内也很大．为清楚了解车厢各部位在不同频率下的动力学响应，在整个频率范围内选取几个特殊点(见图8)，观察其响应情况．各点在频率5～75 Hz围内的结构位移响应曲线，见图9．从各点的结构位移响应看，车头鼻锥处(点A)在12．25 Hz达到最大值，而在其他频率处较小;前门与车体连接处(点B)在6．25 Hz达到最大值，前20 Hz内其振动响应都相对较大;车顶中部(点C)在12．25 Hz达到最大值，17．75 Hz次之，而且该处出现整车振动响应的最大值;车厢端墙与侧墙连接处(点D)在整个频率范围内都相对较小，12．25 Hz出现最大值;车底中部(点E)在17．75 Hz达到最大值，12．25 Hz次之，同样地，前20 Hz内其振动响应都相对较大．因此，整车在5～20 Hz之间振动位移响应均较大．考虑各点在频率为5～75 Hz的声压响应，见图10．从各点的声压响应看，车头鼻锥处(点A)声压响应最大，车厢端墙与侧墙连接处(点D)次之，其他部位声压都相对较小;而且每个部位振动及其声压的最大值一般出现在结构－声场耦合系统中频率相近处，如6．25 Hz，12．25 Hz和17．75 Hz等处都出现较大的声压，即在这些频率附近列车结构与室内空腔会出现明显的共振，这与前面模态计算得到的结果相似．计算车厢结构、室内空腔声场以及结构－声场耦合系统的模态，得到3种情况下的固有频率和振型，结果表明车厢结构低阶模态显示出良好整体性，在较高频率范围内以局部模态为主，其振动形式以车顶、地板、侧墙和车头处为主．室内空腔声场各阶模态振型左右对称，为纵向、竖向、横向以及3种形式的叠加，其中列车头部、端墙处、车厢顶部和地板声压较大，在 13．21 Hz，25．61 Hz和31．78 Hz时，声学模态与结构模态振动频率很接近，将会产生共振，使室内噪声加剧．耦合系统模态大部分表现为车厢结构模态，与其振型和频率相差不大．根据高速列车运行的特殊动态环境特点，施加气动压力载荷，对其在5～75 Hz内进行谐响应分析．计算结果表明车厢结构的振动形式主要表现为车头、车顶和侧墙的局部变形，其中车头鼻锥处、车底和车顶局部振动响应较大;车头鼻锥及其车厢壁板处声压较大，在较高频段内声压分布强弱交错，车厢顶部和地板振动在整个频率范围内也很大．李跃明(1961—)，男，江苏无锡人，教授，博导，博士，研究方向为结构分析，(E-mail)liyueming@mail．xjtu．edu．cn【相关文献】［1］郑百林，武秀根，顾铖璋．高速列车空气动力学CAE分析技术的任务和方向［J］．计算机辅助工程，2010，19(2):1-5．ZHENG Bailin，WU Xiugen，GU Chengzhang．Goals and direction of CAE analysis technology of aerodynamics on high speed train in China［J］．Comput Aided Eng，2010，19(2):1-5．［2］张卫华，张曙光．高速列车耦合大系统动力学及服役模拟［J］．西南交通大学学报，2008，4(2):147-152．ZHANG Weihua，ZHANG Shuguang．Dynamics and service simulation for general coupling system of high speed trains［J］．J Southwest Jiaotong Univ，2008，4(2):147-152．［3］NEFSKE D J，WOLF J A，Jr HOWELL L J．Structural-acoustic finite element analysisof the automobile passenger compartment:a review of current practice［J］．J Sound ＆Vibration，1982，80(2):247-266．［4］孙淦云．声－结构耦合系统振动分析和灵敏度分析［D］．大连:大连理工大学，2003．［5］KRUNTCHEVA M 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隔振原理及机械设备的隔振方法ppt课件
（1－4）
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振动传递率与隔振效率
从式(1—3)及(1—4)可以看出，振动传递率T a 与频率比( f / f)0 及阻尼比（ ）有关，三者关系可 画成如图1—2所示的曲线
由图1—2可知：
▪ 当 f / f0＝1时，传递率为极大，此时整个隔振系统 处于危险的共振状态；
▪ 当 f / f0＝ 2 时，传递率 T a＝1，此时隔振系统无隔 振效果，但传递力也不放大；
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机械设备振动隔离设计要点
▪ 机组的允许振动 精密的设备及机器，其允许振动的指标在出厂说明书或 技术要求中可以查到．这是保证设备正常运转的必要条件，应在设计支 承时给以确保。一般机械隔振后机组的允许振动，推荐用10 mm／s的振 动速度为控制值，对于小型机器可用6．3mm／s的振动速度为控制值。 因为机器隔振之后，其振幅或振速可能要超过没有隔振的情况，也就是 超过机器直接固定在基础上的情况。对于消极隔振，应按设备的振动要 求来设计隔振系统，请特别注意分清设备给定的允许振动是用振速还是 用振幅表示的，因为二者的处理方法是不一样的。
消极隔振系数与积极隔振的振动传递率表达 式完全一样。
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对于消极隔振与积极隔振，都应强调以下几 点：
▪ 当 f / f0 1 时，发生共振，应力求避免；
▪ 不论阻尼大小，只有 f / f0 2，才有隔振效果；
▪ 一般情况下，建议把 f / f0取为2.5～4.5。 ▪ 对于大型的或重要的设备以及有特殊要求的情况，
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▪ 隔振系统的固有频 率与传递率(隔振效 率) 隔振系统的固 有频率应根据设计 要 动求传，递由率 所T a需或的隔振振 效率 来确定，各 类机器在不同场合 时振动传递率推荐 值可参考表1—2。 对于消极隔振，可 根据设备对振动的 具体要求及环境振 动的恶劣程度确定 消极隔振系数。
结构声腔耦合系统的振型耦合机理研究
（． １ 西南 大学 工程技术学 院 ，重庆 ４ ０ １ ；２ ０ ７ ６ ．重庆大学 机械工程学 院 ，重庆 ４ ０ ３ ） ０ ０ ０
摘
要 ：轿车车 内 ２ ０Ｈ ０ ｚ以下 的低频噪声非 常恼 人，它主要是 由结构振动 引起 的，所以研究结构声腔 的耦合机理非 常
重 要。而结构 声腔 的耦合主要包 括振型耦合 以及频率耦合 两个方面 ，其 中振型耦合可 用振型耦合系数 描述 。首先基 于 腔 内声压计算 公式，获得 了仅适 用于规则 结构或者声腔 的振型耦合系数 的解析计算 公式。而对于不规 则对象 ，推导 并 验 证 了一种振 型耦合系数 的新的数值计算 方法。然后重 点分析 了某简单 结构声腔耦合 系统的振型耦合 系数特征 ，发现 结 构声腔 的振型相 似系数和振 型复杂系数是影 响振型耦合 系数 的关键 ，振型相似系数越 高、振型复杂系数 越低 ，则振 型耦合 系数越大 、结构声腔耦合程度越强 ，这就是某简单结构 声腔耦 合系统的振型耦合机理 。 关键词 ：车内噪声 ； 结构声腔耦合系统 ； 振型相似系数 ； 振型复杂系数 ； 有限元法 （ Ｅ ） ＦＭ
ｔ ｒ ｔ ａ ・ ｃ ｕｓ ｉ ｕｐｌ ｄ Ｓｙ ｔ ｍ ｈｅ Ｓｔ ｕｃ ｕｒ ｌａ ｏ ｔｃ Ｃｏ ｅ ｓｅ
Ｇａ ｈ ｏ Ｓ ｕｎａ ， ｅ ｇ Ｚｈａ ｘ ａ ｇ２ Ｄ ｎ ｏ ｉｎ
（ ． ｏ ｌｇ ｆ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ， ｏ ｔ ｗｅ ｔ ｉｅ ｓ ｙ Ｃｈ ｎ ｑｎ ０ ７ ６， Ｃ ｉ ａ １ Ｃ ｌ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇａ ｄＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｓ ｕ ｈ ｓ ｖ ｒ ｉ ｅ ｏ Ｕｎ ｔ ， ｏ ｇ ｉｇ ４ ０ １ ｈｎ
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2016级结构抗震【最新】
结构抗震习题第1章1.1 地震主要有哪些类型？按照成因：构造地震火山地震陷落地震诱发地震按照震源深度浅源地震中源地震深源地震强度大小弱震有感中强震强震1.2 简述地震波的主要构成和主要运动特点。
地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。
地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。
由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。
地震被按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波。
纵波是推进波，地壳中传播速度为5．5~7千米／秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。
横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。
面波又称L 波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。
其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。
1.3 与结构所受到的其他作用相比，地震作用有哪些特点？1.不确定性2.偶然性3.动力特性1.4 合理的抗震设防思想是什么？建筑结构的抗震设防目标是什么？思想建筑物在使用寿命期内对于不同强度和频度的地震，具有不同的抵抗能力目标三水准要求第一水准当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或者不需修理仍然可继续使用第二水准当遭受相当于抗震设防烈度的地震影响时，建筑物经一般修理即可恢复正常使用第三水准当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏1.5 什么是抗震设防烈度？多遇地震和罕遇地震又如何划分？抗震设防烈度是指按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防一句的地震烈度多遇地震为50年超越概率为63.2%的地震影响水平，相当于重现期50年设防烈度为50年超越概率为10%,相当于重现期475年罕遇地震为50年超越概率2%-3%，相当于重现期1642-2475年1.6 震级和烈度有什么区别和联系？震级是表示地震的大小，它是根据震源所释放出的能量确定的。
新版振动分析基础讲义1ppt课件
第七节 设备振动标准参考………………………………
一、国际标准化组织标 ……………………………………………… 1、ISO7919-1~5 非往复式机器的机械振动----在旋转轴上的测
量和评价 …………………………… ………………………………… 2、ISO10816-1~6 机械振动----在非旋转部件上测量和评价机器
11、ISO10817-1旋转轴振动测量系统--第一部分： 测量径向方向 相对振动信号和绝对振动信号………………………………………… 12、ISO10817-2 旋转轴振动测量系统 第二部分：信号处理…… 二、有关机器状态监测和故障诊断方面的国际标准…………………
1、ISO13372机器状态监测和故障诊断领域的术语 ……………… 2、ISO13373机器的状态监测和故障诊断--机器的振动监测 …… 机器振动状态监测程序……………………………………………… 机器振动状态监测的数据处理和分析程序………………………… 与机器振动状态监测有关的信息交换的数据通讯格式和方法…… 提供和显示机器振动监测所用的数据的格式………………………
三、无损检测技术 …………………………………………………… 1、渗透探伤法…………………………………………………………
2、磁粉探伤法………………………………………………………… 3、涡流探伤法………………………………………………………… 4、射线探伤法………………………………………………………… 5、光学探伤法………………………………………………………… 四、油液分析技术……………………………………………………… 1、分析式铁谱仪分析技术…………………………………………… 2、直读式铁谱仪分析技术…………………………………………… 3、光谱分析技术……………………………………………………… 五、振动分析技术……………………………………………………… 1、频谱分析技术………………………………………………………
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流体密度 流体中声速 边界声吸收系数
结构材料 弹性材料 超弹材料 粘弹材料 弹塑性材料 其他材料
F
拉伸
s
. e
u
压缩
.0 e 粘弹特性
e
超弹特性
ANSYS声学流体单元
Fluid29/30单元 声波传播和水下结构动力学 界面上吸收材料声波衰减 稳态、模态、谐波和瞬态声 学(与结构耦合)分析 自由度设置
脉冲压力峰值：20Pa 脉冲压力时间：0.001s
声压-时间曲线
超弹示例2：垂直入射
脉冲压力峰值：20Pa 脉冲压力时间：0.00001s
压力传播—慢放
压力传播—实际状态
超弹示例2：垂直入射
脉冲压力峰值：20Pa 脉冲压力时间：0.00001s
声压-时间曲线
超弹示例2：垂直入射结论
对于不同频率激励，超弹材料的响应回是一致的； 超弹性材料的变形是完全可以恢复的弹性，对声压 冲击的响应频率完全与激励频率一致，没有响应滞 后现象； 超弹材料也具有一定的能量耗散，但相对粘弹要低 很多； 从分析发现，粘弹材料具有比超弹材料更好的消声 减振性能。
10
End of Model Arrival Direct Stoneley Arrival Reflected Stoneley Arrival
Source receiver distance(cm)
20
30
Hornby experiment(04/23/99) width of fractrue 3mm
模型组成
内部声学流体： Fluid29/30 附着层声学流体： Fluid29/30 无限边界域声学流体： Fluid129/130 结构：结构单元 FSI —流构耦合界面
二维流体-结构模型
ANSYS声学模型
二维结构模型
模型类型 平面模型 轴对称模型 单元类型 PLANE42单元 PLANE82单元 PLANE182单元 PLANE183单元
HYPER8x
HYPER84 和 86 模拟Blatz-Ko可压缩泡沫类材料
声学粘弹材料
同时具有弹性固体和粘性液体相结合的行为特性 率相关行为材料性能与时间和温度都有关
粘弹性响应可看作由弹性和粘性部分组成
弹性部分是可恢复的, 且是瞬时的
粘性部分是不可恢复的, 且在整个时间范围内发生
Source receiver distance(mm)
声振耦合技术解决方案
超弹和粘弹计算方案
粘弹模型 超弹模型
粘弹示例1：垂直入射
如右图，取消声瓦一圆柱
部分进行分析，带有一个 孔腔，包含三个部分：海 水、消声瓦和钢板 模型：
海水密度、声速 消声瓦采用广义Maxwell 粘弹模型 钢板为弹性模型
声压脉冲激励形式：
压 力 时间
海水
单孔消声瓦
粘弹示例1：垂直入射
用于模拟玻璃和聚合物等
声学粘弹材料
G0
ANSYS提供广义 Maxwell 粘弹模型
由k 个并联的弹簧和缓冲筒数组成 是通用模型, Maxwell, Kelvin-Voigt 和 SLM是其中的特殊情况
G1 G1
.
h1
h2
hk
Gk
. .
ANSYS提供粘弹单元类型
VISCO88 (2D) 和 VISCO89 (3D) 是高阶单元(能使用退化形式) VISCO88/89 单元有应力-刚化能力
脉冲压力峰值：3000Pa 脉冲压力时间：0.1s
压力传播
波动压应力
粘弹示例1：垂直入射
脉冲压力峰值：3000Pa 脉冲压力时间：0.1s
压力-时间曲线
压缩变形-时间曲线
粘弹示例1：垂直入射
脉冲压力峰值：3000Pa 脉冲压力时间：0.001s
压力传播
波动压应力
粘弹示例1：垂直入射
脉冲压力峰值：3000Pa 脉冲压力时间：0.001s
u
压缩
声学超弹材料
18x单元超弹性模型
多项式模型
应变可达300%
Neo-Hookean模型
一个简单的超弹模型 单轴拉伸应变可达30~40% 剪切应变可达80~90%
Mooney-Rivlin模型
两项形式拉伸应变可达90~100%； 更多项形式可以捕捉工程应力-应变曲线的拐点 5~9项形式应变可达100~200%
y
c
水平裂缝
e2 m 2 e 1 m1
e d
Time(s)
Amplitude
点声源
e2 m 2
Amplitude
3 2 1 0 0 10 20 30 40 50
0
Frequency(kHz)
a
b
x
声源的时域波形及频谱
超弹示例4：水平裂缝计算结果与实测结果
Direct arrival Reflected arrival
压力-时间曲线
压缩变形-时间曲线
粘弹示例1：垂直入射
脉冲压力峰值：3000Pa 脉冲压力时间：0.00001s
压力传播
波动压应力
粘弹示例1：垂直入射
脉冲压力峰值：3000Pa 脉冲压力时间：0.00001s
压力-时间曲线
压缩变形-时间曲线
粘弹示例1：垂直入射结论
对于不同频率激励，粘弹材料的响应会发生变化； 激励频率越高，粘弹材料的响应滞后就越多；同时， 粘弹材料的响应就越小； 由于粘弹材料良好的吸能减振特性，声压并不发生明 显的振动现象； 从分析发现，粘弹材料具有很好吸收振动能量的特性， 同时具有随频率变化特性，能够在很大频率范围上达 到降低振动响应和压力波动。
超弹示例2：垂直入射
模型与粘弹一致，仅仅将消声瓦改为超弹材料模 型。 由于用户提供没有材料数据，故借用教材数据， 与前粘弹性能不一致，但是分析目的主要比较粘 弹和超弹材料响应特征和吸声性能。
超弹示例2：垂直入射
脉冲压力峰值：20Pa 脉冲压力时间：0.001s
压 力 传 播
超弹示例2：垂直入射
结构-声振耦合技术解决方 案
主题内容
产品设计/研制中关注的噪声问题
ANSYS软件的结构-声噪耦合解决方案
典型应用实例 小结
技术主题
ANSYS声-结构耦合 ANSYS声学模型 ANSYS声学流体单元 ANSYS声学超弹材料
ANSYS声学粘弹材料
ANSYS结构接触技术 ANSYS结构动力学
ANSYS/LS-DYNA声学
和折射纵波。当裂缝到井轴的距离为15cm时，实验测得反射纵 波的视速度为9.8 km/s，而计算得其视速度为9.7km/s，进一步 的计算结果表明,垂直裂缝距井轴越近，反射纵波的视速度越大
130
170
210
250
P
P'
裂缝到井轴15cm 实测结果
100 150 200 250
0
50
Time(s)
Zhou Jihong's experiment outer raius=15cm
超弹示例3：声振耦合—减振降噪设计
消声器
有无挡板的效果比较
声压
速度
超弹示例3：声与声探测（声纳）
空气
内为钢球（中空） 测点压力-时间 曲线
1.0M
超弹示例4：水平裂缝计算模型
水平裂缝宽度3mm
点声源中心频率20KHZ
单元总数：3800
150 100 50 0 -50 -100 -150 0 4 100 200 300 400
结构接触技术
接触问题：
点-点、点-面和面-面接触
多体接触或自接触
静水压和声压作用下粘弹或超 弹材料变形内孔接触作用
接触行为：
摩擦特性：静摩擦和滑动摩擦
传热特性：导热、对流和辐射
行为特性：标准分离、初始绑
定、接触绑定、绑定滑移和无 限大摩擦
结构动力学
模态分析
自用振动的结构自振频 率及振型
谐响应分析
在周期载荷作用下的结 构响应特性
瞬态分析
在任意岁时间变化载荷 作用下的动态响应特性
谱分析
在随机载荷作用下的动 力响应特性
利用声-固耦合场的瞬态动力学 功能仿真瞬态脉冲声波的传播 与粘弹吸声性能研究
流体及流—固耦合分析
其流体及流—固耦合分析包
ANSYS/LS-DYNA
Fracture Location
Scan Distance (mm)
Fracture Location
40
50
0 200 400 600 800 1000
计算结果
Time(s)
实测结果
Time ( s)
Байду номын сангаас
超弹示例4：垂直裂缝计算结果与实测结果
裂缝到井轴15cm 在接收的全波列波形中，可以观察到来自垂直裂缝的反射纵波 计算结果
ANSYS声-振耦合解决方案
ANSYS提供有限元具有模型适应性强，能够创建任意声学 结构体 ANSYS提供有丰富完整的金属、超弹和粘弹材料模型，建 立钢板、超弹类橡胶或粘弹类聚合物材料，准确描述材料对 声压激励响应特性和自身振动吸能耗能特性 ANSYS提供有形式多样的接触模型，方便模拟超大变形过 程中产生的自接触现象，准确捕捉接触过程中结构总体刚度 和响应行为的变化 ANSYS能够定义任意球面波、柱面波和任意方向的平面波 等等 ANSYS提供声传播和声-振耦合分析功能，完整覆盖低高频 声振范围，全面解决多介质、多界面的声传播和结构振动耦 合稳态、瞬态和谐振
Solid185+Neo-Hookean