复杂结构 - 声场耦合系统的响应和声辐射预测

复杂结构 - 声场耦合系统的响应和声辐射预测

一、复杂结构——声场耦合系统的响应和声辐射预测(论文文献综述)

刘孔超[1](2021)在《腔体结构振动建模及声振特性分析》文中研究说明腔体结构及内部声腔构成的腔体结构-声腔耦合系统广泛应用在汽车、飞机及船舶领域。由于腔体结构-声腔耦合系统振声特性对内部设备正常运行及工作人员声学环境具有重要影响,预测并控制腔体结构-声腔耦合系统声振特性具有显着现实意义。本文针对腔体结构进行振动建模及声振耦合特性分析,以期为腔体结构内部声场分布、声振能量传递规律及声振耦合机理的获悉提供可靠的研究基础和理论参考。本文利用能量法建立三板组合结构、四板组合结构和箱体组合结构等模型组合结构理论模型,并对其模态及强迫振动响应进行数值分析。考虑结构边界条件任意性,运用二维改进傅立叶级数来描述组合结构内各板结构弯曲及面内振动位移。本文在建立不同组合结构能量函数时,针对具有不同方向耦合结构建立改进的耦合能,最终结合Rayleigh-Ritz方法对结构位移内未知系数进行偏导求解,获得组合结构特征方程。利用有限元法对不同种类组合结构的模态及振动响应进行求解,并将其与本文方法获得结果进行对比,良好的比较结果实本文求解组合结构动力学特性的有效性。在腔体结构理论模型的基础上,考虑弹性结构系统与声腔的结构-声耦合关系,运用能量原理建立箱体结构-声腔耦合系统理论模型。采用三维改进傅里叶级数对声腔内声压函数进行表达,结合Rayleigh-Ritz对声振耦合系统能量函数中所有未知系数进行求解,最终得到封闭弹性板结构-声腔耦合系统控制方程。通过将结构-声耦合系统模型的声振特性及外部激励作用下声振响应与有限元方法结果进行对比,得到良好的对比结果,证实本文方法预测封闭弹性板结构-声腔耦合系统声振特性的有效性。

蒋圣鹏[2](2020)在《桨-轴-船艉耦合系统振动控制方法研究》文中认为螺旋桨激励诱发的桨-轴-船艉耦合系统低频振动是舰船振动与声辐射的主要来源之一。桨-轴-船艉耦合系统轴系较长,固有频率较低;船体抗弯模量小,弯曲振动固有频率也较低。低频段的轴系与船体弯曲模态相近且存在耦合,使得桨-轴-船艉耦合系统表现出明显的低频特性。同时,轴系存在推力轴承、中间轴承、艉管水润滑轴承、前艉轴承、后艉轴承等众多支承,且不同轴承支承结构不同而使力学特性存在差异。因此螺旋桨激励下的系统振动传递路径多样,传递特性复杂,给系统振动声辐射特性分析和振动控制带来了很大挑战。本文以桨-轴-船艉耦合系统为研究对象,围绕系统耦合振动声辐射特性、振动控制方法展开研究,主要内容包括:(1)采用有限元/边界元法进行桨-轴-船艉耦合系统建模,对系统振动传递特性和声辐射特性进行分析,研究轴承参数对系统振动传递特性的影响。发现:减小轴承刚度可降低传递力;移动轴承位置使轴承前后轴段的弯曲模态频率相等时轴承传递力最小;增加轴承数量可减小传递路径后端轴承传递力。以上规律可为桨-轴-船艉耦合系统结构优化和振动控制提供依据。(2)针对桨-轴-船艉耦合系统低频振动,提出了基于遗传算法的分布式动力吸振器多频优化方法。根据模态振型确定分布式动力吸振器的数量和位置,采用频响综合法计算吸振器作用下的系统耦合振动响应。以船体艉部表面均方振速为控制目标,采用遗传算法进行参数优化。结果表明:优化得到的分布式动力吸振器可抑制螺旋桨垂向激励向船体的传递,解决了单频优化参数应用于多频优化时效果变差的问题。同时采用频响综合法计算系统振动响应可显着减少参数优化时间。(3)采用隔振装置、约束阻尼层和阻振质量对桨-轴-船艉耦合系统进行振动控制。隔振装置刚度根据对中条件求得,约束阻尼层铺设于艉轴架与艉部壳体连接处,阻振质量安装在艉轴架连接板上。结果表明,隔振装置对螺旋桨垂向激励下的系统中低频振动具有良好控制效果,约束阻尼层可有效抑制中高频振动,阻振质量可限制轴系振动向船体的传递。(4)搭建了桨-轴-船艉耦合系统缩比试验模型,模拟螺旋桨激励对艉部结构振动控制方法进行试验,试验结果与理论计算结果吻合:轴承座隔振对降低中低频共振峰值幅值有效;阻振质量对限制振动向艉部船体的传播比较有效;阻尼涂层对抑制中高频振动峰幅值效果明显。三种控制措施综合运用可在降低共振峰幅值的同时抑制高频宽带振动,使桨-轴-船艉耦合系统振动加速度下降6dB以上。

邱正威[3](2020)在《加筋板结构封闭非规则声场的耦合特性研究》文中研究表明随着人们生活水平的提高,无论是民用领域还是工程机械领域都对低噪声提出了越来越高的要求。在工程中,薄板结构广泛应用于机械设备上,其中矩形板是具有代表性的典型结构。由于这些薄板结构容易受到内外激励发生振动,采用在薄板上添加加强筋的方法,可以提高板的强度和刚度,达到轻量化设计的目的。例如:汽车,船舶,飞机,火车车厢等。这些结构一般都是由加筋板结构制成,处于流体介质中(如空气、水、油等),当机械运转或行驶时在内外激励下发生振动并与声场耦合向其内、外部辐射出噪声。因此对加筋板和不规则封闭声腔内的声振耦合分析和噪声控制问题,一直以来是国内外研究的热点。研究加筋板和不规则封闭声腔内的声场特性以及声固耦合规律,从而实现声腔内噪声的控制,具有重要的理论价值和现实意义。论文的主要内容及创新点如下:1.首先研究了声腔形状由规则的矩形到有多个倾斜壁面的复杂声腔时,声腔声场模态的自由振动特性的变化。研究了不规则声腔模态的自由振动特性与倾斜壁面的位置,个数和声腔模态序数三个因素之间的关系。同时,将解析法结果与有限元法的计算结果进行比较,验证理论模型的正确性。2.研究了加筋板在两种约束的自由振动特性(固支约束和简支约束),分析了筋条的数量和布放位置对加筋板的自由振动特性的影响。研究了加筋板的自由振动特性与筋条的数量,布放位置和加筋板的约束方式之间的关系。在相同的约束条件下,随着筋条布放的位置向板的中间靠近,加筋板的低阶固有频率越大且模态振型改变越明显。3.对加筋板结构与非规则封闭声场间声振耦合特性进行研究,计算了梯形声腔与加筋板结构耦合系统的自由振动特性和点力激励下的动态响应。结果表明点力到筋的距离与耦合系统的动态响应密切相关。

阮灵辉[4](2020)在《列车激励下钢箱结合梁的振动噪声研究》文中研究表明近年来,随着我国轨道交通的快速发展和桥梁建造技术的提高,钢桥越来越多地被应用于桥梁建设中。箱形截面组合梁桥的抗扭刚度很高,具有较强的稳定性和较大的刚度,因此目前轨道交通组合桥梁的结构形式主要采用钢箱结合梁。相比混凝土桥,钢箱结合梁桥的噪声问题更为突出,而当前对该类型桥梁结构噪声的研究有限。在此背景下,本文对列车激励下钢箱结合梁桥的振动噪声开展深入研究。首先,通过建立车辆-轨道系统耦合频域分析模型模拟列车通过桥梁时产生的激励。其次,归纳总结当前桥梁结构振动噪声的预测方法,提出适于进行钢箱结合梁全频段振动噪声预测的模型。而后,以某钢箱结合梁节段模型为对象,基于锤击试验对预测模型的可靠性进行验证。进一步地,将验证后的预测模型进行推广到某轨道交通40 m钢箱结合梁上,结合车辆-轨道系统耦合频域分析模型对列车经过桥梁时产生的振动和噪声进行预测。最后,面向工程实际,分析了轨道减振措施、板厚、板件加劲以及横向联接系等结构参数对钢箱结合梁振动噪声的影响,为实现该类型桥梁减振降噪提供一定的参考意义。主要结论如下:(1)列车通过桥梁时,轮轨相互作用力的频谱特性是决定桥梁结构振动和声辐射的频谱特性的主要因素。(2)桥梁结构噪声传播具有指向性,导致了:(1)某场点的声压级与该场点到桥梁结构的距离并非呈单调关系;(2)本研究所考察的所有减振降噪措施对不同空间场点的噪声影响规律存在差异。(3)使用弹性扣件和使用钢弹簧浮置板轨道都能使钢轨的振动能量在传递至桥面板的过程中有效耗散,进而降低桥梁结构的振动声辐射。对于桥梁跨中截面声场考察范围内的总声级而言,采用弹性扣件和钢弹簧浮置板轨道后分别能达到10.7 d B(A)和39.2~50.1d B(A)的降噪效果。(4)板厚变化对桥梁结构振动声辐射起到一定的控制作用。经对比分析,在满足结构承载力和合理控制工程造价的前提下,适当增加桥面板厚度可以对钢箱结合梁起到较好的减振降噪效果。(5)腹板加劲和减小横隔板间距能通过增大板件的局部刚度和减小幅面尺寸来达到减振降噪的目的。对于桥梁跨中截面声场考察范围内的总体声级,采用腹板加劲和减小横隔板间距后,能达到1.4~2.8 d B(A)的降噪效果。

杜晓飞[5](2020)在《嵌有声学黑洞的结构振动与结构声研究》文中指出声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)结构在宽频范围内对结构中弯曲波具有聚集和操控效应,并且由于其结构灵活、易实现的特点使声学黑洞结构作为一种新型减振降噪方式成为了当前振动噪声领域的一个非常重要的研究热点。本文综合运用几何声学法、半解析法以及有限元法等数值方法,全面、系统地对一维及二维声学黑洞结构中的弯曲波传播特性、层合声学黑洞梁结构的动力学特性及影响机理、嵌有二维声学黑洞圆板的隔声特性及影响机理、嵌有二维声学黑洞的板结构-声腔耦合特性以及声学黑洞结构在工程中的应用等展开了研究。建立了相应的弯曲波传播及层合ABH梁动力学的理论解析模型以及一系列包含二维ABH结构的声振耦合有限元模型,详细分析了ABH参数及阻尼层对系统动力学特性和声振耦合特性的影响规律,并通过实验验证了相关半解析模型和声振耦合有限元模型的准确性。本文对于丰富当前声学黑洞结构的研究、揭示ABH参数对系统动力学及声振耦合特性的影响机理以及拓展声学黑洞结构在工程上的应用具有重要的理论意义和较高的应用价值。论文完成的主要工作和创新性成果如下:1、采用几何声学近似方法,推导了一维声学黑洞结构中弯曲波的运动控制方程,并基于得出的一维声学黑洞结构中弯曲波运动控制方程求得了考虑阻尼层对系统刚度和质量影响的带有截断的且声学黑洞区域完全覆盖有阻尼层的一维声学黑洞结构中的弯曲波反射系数计算公式,分析了参数变化对弯曲波反射系数的影响。结果表明:当一维声学黑洞结构不粘贴阻尼层时,即使是很小的截断也能使弯曲波的反射系数急剧增大;在一维声学黑洞结构粘贴有全覆盖的阻尼层材料能够明显减小截断对弯曲波反射系数的不利影响且阻尼层厚度越厚,越有利于克服截断对弯曲波聚集效应的不利影响。为更直观地理解ABH结构对弯曲波的聚集效应,本文建立了分析嵌有二维ABH的方板内弯曲波传播的有限元模型,数值计算结果清晰直观地展示了嵌有二维声学黑洞结构的方形板内弯曲波的传播过程以及声学黑洞结构对弯曲波的聚集效应。2、提出了一种新型层合声学黑洞梁结构,其中间层材料为铝,上下层材料为钢,基于半解析法首次建立了带有截断且考虑阻尼层的不同边界条件下层合ABH梁的动力学模型,将一维声学黑洞的结构和动力学分析模型拓展到了复合结构领域。采用墨西哥小波函数拟合层合ABH梁的位移场,通过有限元法和实验验证了所建立的层合ABH梁动力学模型的准确性,基于所建立的层合ABH梁动力学模型,系统地分析了阻尼层厚度、阻尼损耗因子以及层合ABH梁材料变化对系统动力学响应的影响,并采用模态应变能法,计算并分析了阻尼层厚度变化对系统模态损耗因子的影响,揭示了9 k Hz附近,阻尼层厚度达到3 mm时系统振动加速度峰值消失的机理。3、提出了一种嵌有二维声学黑洞的圆板结构,并分析了扩散声场入射条件下二维ABH圆板隔声过程中的声振耦合效应以及板中弯曲波的变化趋势,通过定义无反射声学辐射边界条件的方法建立了一系列分析嵌有二维ABH圆板声学传递损失的声振耦合有限元模型,并建立了测量二维ABH圆板声学传递损失的实验平台,通过实验对不同材料的ABH圆板和均匀厚度板的声学传递损失进行测量计算,验证了所建立的声振耦合模型和ABH圆板声学传递损失分析的准确性。系统地分析了ABH直径、数量以及截断厚度和阻尼层厚度变化对嵌有二维ABH圆板声学传递损失的影响,并讨论了扩散声场激励下阻尼层对ABH圆板隔声性能的影响与机械力激励下阻尼层对系统振动衰减或降低声辐射影响的不同现象。4、推导了固支边界条件下弹性板-矩形声腔声振耦合方程,给出了固支弹性板的振动速度和矩形声腔内的声压的求解方法。建立了嵌有二维声学黑洞结构的弹性板组成的板-声腔耦合有限元模型,基于声模态理论,研究了嵌有二维声学黑洞结构的弹性板组成的板-声腔耦合系统的声腔以及矩形声腔声模态的区别,分析了ABH结构对声腔声模态的影响。计算了两个声振耦合系统声振耦合模态,得到嵌有二维ABH的弹性板组成的板-声腔耦合系统和矩形板-声腔耦合系统的各阶声振耦合频率,比较了二维ABH结构对系统声振耦合模态的影响。计算了嵌有二维ABH结构的弹性板组成的板-声腔耦合系统的声腔以及矩形声腔表面的声压分布,并选取声腔内四个监测点研究二维ABH结构对声腔内声压分布的影响;建立粘贴有阻尼层的二维ABH板-声腔耦合有限元模型并研究了阻尼层对嵌有二维ABH结构的弹性板组成的板-声腔耦合系统声腔内声压的影响。5、探索了声学黑洞结构在风冷式冰箱减振降噪中的应用。通过振动噪声测试得到了压缩机表面、压缩机底脚和对应的支撑板连接处、冰箱背面外壁的振动加速度频谱以及冰箱背面外壁辐射声1/3倍频程频谱,并运用相干性理论分析确定了引起冰箱箱体结构辐射噪声的主要振动源。建立了嵌入二维声学黑洞结构且在ABH区域覆盖有阻尼层的的压缩机支撑板有限元模型,通过振动模态和响应分析并设定监测点研究了二维ABH和阻尼层的综合作用对冰箱关键部件振动特性的影响。结果表明,二维ABH结构和阻尼层能够抑制压缩机产生的1390.6 Hz、2087.5 Hz、2260.9 Hz下的振动由支撑板向冰箱箱体进行传递,进而可以抑制1250 Hz、2000 Hz、2500 Hz频率下冰箱背面外壁辐射声。

赵文畅[6](2019)在《基于快速多极边界元的声学及声振拓扑优化设计》文中研究指明结构振动是噪声污染的主要来源,由此引发了工程界对减振降噪问题的重视。为了获得有效的减振降噪设计,常用手段包括结构拓扑设计、阻尼设计和吸声材料等。但在实际工程应用中存在着诸多限制,对这些处理手段提出了很高的设计要求。为了保证设计方案在限制条件下能够达到最佳性能,拓扑优化这一工具成为了许多工程师的首要选择。本论文围绕减振降噪这一工程目的,对结构声学耦合系统的拓扑优化方法开展研究,为振动结构的减振降噪提供理论基础。得益于在外声场分析中所具有的诸多优势,边界元方法这一数值方法成为预报外声场噪声水平的有力工具。在噪声水平准确预示的基础上,最终形成了结构表面吸声材料分布优化和结构组成材料分布优化等优化设计模型,能够有效降低振动结构向外辐射或者有效降低特定区域的噪声水平。本文的主要内容包括四部分:基于声学边界元的声辐射和声散射分析。为了克服外声场分析中虚假本征频率问题,本文使用Burton-Miller方法,联立两个独立的边界元积分方程求解外声场问题。Burton-Miller方法会面临超奇异积分的处理问题,为计算带来一定困难。本文在Cauchy主值积分和Hadamard有限部分积分的基础上,给出了适用于任意二维高阶单元的奇异积分处理方法。另一方面,边界元方法受制于系数矩阵为满阵这一缺点,通常只能用于小规模问题分析,难以满足大规模工程问题的分析需求。本文采用快速多极算法加速边界元系数矩阵和任意向量之间的相乘运算,然后结合迭代求解算法形成了快速多极边界元方法,最终实现了对边界元系统方程的高效求解,所发展的程序能够在个人电脑上轻易求解具有数十万甚至上百万未知量的大规模问题。进而,本文对已有的快速多极算法进行有效变换,使其具有加速求解伴随方程的能力,这是本文创新部分重要的一点。伴随方程通常以边界元系统方程的转置形式存在,在常规声场分析中并不常见,但是在声学拓扑优化的灵敏度分析中却发挥着重要作用。因此,对此类方程进行加速最终能够显着提高声学拓扑优化的计算效率。基于有限元和边界元的声振耦合分析。鉴于边界元方法在外声场分析中的诸多优势,将其和结构有限元方法结合起来就能够对结构振动辐射问题进行分析求解。本文同时考虑了结构和声场之间的双向耦合作用,最终形成了声振强耦合分析系统。为了保证耦合系统的求解效率,首先消除结构自由度,求解得到声场声压值,然后将其代回到耦合系统中就可以获得结构响应结果。将快速多极算法引入到有限元和边界元耦合方法中,形成了有限元和快速多极边界元算法,具备分析大规模声振耦合问题的能力。基于声辐射模态分析和声振耦合分析结果,可以构造出非负声强这一特殊的物理量,能够准确有效地表征结构表面对远场辐射的贡献程度,为结构辐射控制提供简洁有效的依据。声振耦合系统拓扑优化方法的建立。在变密度法的基础上,本文建立了一套适用于声振耦合系统的拓扑优化模型。该模型能够改变结构材料的分布,来达到降低整个系统向外辐射声功率水平的设计目的,从而为水下振动结构的辐射噪声控制提供一套有效的数值分析工具。针对结构和声场双向强耦合系统,采用伴随变量法,建立了适用于任意目标函数的灵敏度计算方法,最终形成了适用于声振耦合系统的拓扑优化模型。为了提高拓扑优化的整体效率,使用快速多极算法同时加速响应分析以及优化中的灵敏度计算,显着降低了内存使用量。最后,结合渐近移动算法和计算得到的灵敏度信息,能够有效求解该优化模型。基于拓扑优化的结构表面多孔吸声材料分布设计方法的发展。忽略结构弹性变形,采用边界元法和对结构表面吸声材料的分布进行优化设计。使用Delany-Bazley-Miki经验模型得到多孔材料覆盖结构表面的局部阻抗边界条件,从而模拟吸声材料的吸声特性。基于SIMP变密度拓扑优化方法,建立以吸声材料单元相对密度为设计变量,吸声单元人工密度为设计变量,参考面声压值最低或者吸声材料吸收能量最大化为设计目标的拓扑优化模型,使用边界元法进行灵敏度计算,并且借助于快速多极算法对灵敏度分析进行加速计算,最终使用渐近移动算法求解优化模型。由于采用了快速多极算法同时加速了声场分析和灵敏度分析的计算,该拓扑优化模型可用来优化自由度较多的问题。本文在声学边界元及有限元和边界元耦合的分析模型基础上,建立了两类基本的优化模型,前者能够优化振动结构的材料分布,能够有效降低振动结构向外辐射;而后者则能够优化结构表面吸声材料的分布,提高吸声材料的吸声效果,最终为噪声控制提供理论依据。

米永振[7](2019)在《声学超材料-声腔耦合系统振-声学特性研究》文中认为声学超材料通过在亚波长物理尺度上进行人工微结构有序设计,获得了低频禁带、负折射、反常透射等超常力学或声学性能,表现出极为丰富的物理内涵。基于声学超材料的封闭声腔噪声控制是声学超材料应用探索的重要方向,也是当前国内外声学超材料研究领域的热点问题。明确声学超材料-封闭声腔耦合作用机理是提升声学超材料壁板抑振隔声性能的前提条件,也是声学超材料-声腔耦合系统振-声学特性研究中的关键基础问题。本文以声学超材料-声腔耦合系统为研究对象,建立了耦合系统振-声学特性的高效计算方法,在确定及不确定两种条件下研究了声学超材料与封闭声腔之间的耦合作用规律。以此为指导,提出了轻质低频声学超材料设计方案,并通过试验测试和工程应用验证了声学超材料对封闭声腔内部噪声的控制效果。本文主要研究内容和研究结论包括:(1)基于能量泛函变分原理和正交多项式展开方法,提出了声学超材料-声腔耦合系统振-声学特性的高效计算方法。将等几何变换引入耦合系统物理域至参数域的坐标映射,实现了任意形状声腔能量泛函的直接建立。在能量解法的基础上,利用耦合系统不确定参数的局域化分布特征,提出了局部不确定性量化与传递分析方法。数值算例表明,能量解法具有较高的计算精度和效率,同时具有较快的收敛速度和良好的几何适应性。局部不确定性方法分析显着提高了声学超材料不确定性分析效率,同时取得了与蒙特卡洛模拟一致的分析精度。(2)针对声学超材料“单板背腔”耦合系统,计算了平板的均方振速、声腔的均方声压、平板的辐射声功率及指向性;针对声学超材料“双板夹腔”耦合系统,计算了不同入射角度、声腔深度、局域共振单元布置形式下的声透射损失。基于上述声振响应的变化规律,归纳了声学超材料与封闭声腔之间的耦合作用机理,研究了改善低频吻合透声所致双板隔声低谷的方法。结果表明,声学超材料-声腔耦合系统的振-声学特性受到局域共振效应和低频吻合效应的共同调控,而通过合理设计和排布局域共振单元可显着提高声学超材料的抑振、隔声性能。(3)设计了悬臂梁形式、亚克力质地的局域共振单元,加工了钢板混凝土隔声箱,制造了声学超材料“单板背腔”和“双板夹腔”耦合系统样件。对耦合系统的振-声学特性开展试验研究,测试了“单板背腔”耦合系统的全板振速、箱内声压及辐射声功率、声插入损失,同时采用“混响室-消声室”法测试了“双板夹腔”耦合系统的声透射损失。测试结果符合理论预测,验证了所提出的声学超材料-声腔耦合作用机理。特别是全板振速的波数变换图像显示弹性波波数圆与声波波数圆在带隙后重合,有力地证明了低频吻合效应的存在。(4)面向航空舱室噪声控制需求,提出了声学超材料的设计流程和局域共振单元的设计原则。为解决单元附加质量与航空增重限制之间的矛盾,将惯性放大机构与普通悬臂梁式共振单元结合,设计了惯性放大悬臂梁式共振单元,并对其带隙特性进行了数值分析和试验验证。结果表明,通过惯性放大比及杠杆-悬臂梁连接位置的组合调整,惯性放大共振单元取得了远大于普通共振单元的调谐范围。将其周期附加于某型号直升机驾驶室顶板时,可显着抑制直升机的低、中频舱内噪声,抑制效果对不确定条件有良好的适应性。本文从理论建模、数值计算、特性分析、试验测试和工程应用五个方面对声学超材料-声腔耦合系统的振-声学特性进行了深入研究,揭示了声学超材料-声腔耦合作用机理,丰富和发展了声学超材料的振-声学理论。同时,本文总结了面向舱室降噪的声学超材料设计指南,提出了轻质低频声学超材料设计方案,对实现声学超材料的轻量化和实用化具有重要的工程意义。

吴彼[8](2019)在《面向振动和声学响应的自由阻尼结构拓扑优化》文中提出薄壁构件广泛应用于汽车、航空航天和船舶等行业。在汽车内部空间、飞机机舱和船舶船舱等腔体中,薄壁构件在受到激励时容易产生振动,结构的振动还会使腔内介质产生压缩和伸张运动,进而引起声波在介质中传播,同时声波也以压力载荷的形式作用于结构,形成结构-声场耦合系统。在薄壁构件的表面敷设一层阻尼材料形成自由阻尼结构,能有效抑制结构振动和噪声,但也会增加结构质量和生产成本。为了在保证轻量化的同时,提升阻尼材料在自由阻尼结构及其声场耦合系统中的减振降噪效果,引入拓扑优化方法获取自由阻尼结构中阻尼材料的最优布局。传统有限元法求解耦合系统的中频声学响应时,会使得模型规模迅速增加,导致计算成本过高,严重影响拓扑优化效率。本文针对变密度拓扑优化方法的数值过滤技术进行研究,提出了一种基于密度梯度修正的密度过滤法;构造了综合模态损耗因子,实现了自由阻尼结构在一定频率范围内的减振拓扑优化;基于混合有限元-波函数法,实现了以耦合系统声学响应为优化目标的自由阻尼板-声场耦合系统拓扑优化方法。论文的主要研究内容如下:(1)对变密度拓扑优化方法中的密度过滤法进行改进,提出了基于密度梯度修正的密度过滤法。相较于原密度过滤法,增加了含有单元相对密度梯度信息的权函数项,利用梯度信息识别结构边界,通过权函数项修正结构边界处的过滤效果。数值仿真结果表明,基于密度梯度修正的密度过滤法能够有效抑制结构优化后出现的“灰度单元”,获得边界清晰的拓扑优化结果,加快优化问题收敛。(2)基于自由阻尼板件结构的本构关系和能量原理,建立了自由阻尼板有限元模型,并通过实验进行了模型验证。利用有效模态质量比作为模态损耗因子的加权系数,构造了综合模态损耗因子,以描述结构阻尼在一定频率范围内的耗能能力。(3)构建了自由阻尼板件结构拓扑优化模型,并采用基于密度梯度修正的密度过滤,对阻尼材料的布局进行了优化。数值仿真结果表明,针对自由阻尼板件结构拓扑优化问题,基于密度梯度修正的密度过滤法能得到清晰的阻尼材料布局,大幅减少了迭代步数;与以最大化模态损耗因子为优化目标的自由阻尼板件结构拓扑优化相比,以综合模态损耗因子为目标函数时,自由阻尼板能在一定频率范围内实现良好的减振效果。(4)基于混合有限元-波函数法,建立了设计域(自由阻尼板)的有限元模型和非设计域(声场)的波函数模型,并通过数值仿真验证了混合有限元-波函数法的计算精度和收敛性,相较于同等精度的有限元模型,混合有限元-波函数模型计算成本更低。以耦合系统的中低频声学响应为目标函数,构建了自由阻尼结构-声场耦合系统的拓扑优化模型,并采用伴随向量法推导了耦合系统声压响应对拓扑优化设计变量的灵敏度。数值仿真和实验结果表明,自由阻尼板-声场耦合系统拓扑优化后的阻尼材料布局能有效降低目标频率处的声压幅值,与基于有限元模型的优化结果相比,基于混合有限元-波函数模型的拓扑优化结果有良好的一致性,且具有更高的优化效率。

周龙龙[9](2019)在《车内结构耦合噪声的预测分析及多目标优化》文中认为随着现代科技技术的发展,研发者更加注重车辆舒适性的研究,舒适性已成为消费者心中一个评价车辆的重要参数,而车辆NVH性能则对车辆舒适性有着决定性作用。各大汽车制造商也加大对车辆NVH研发的投入,车室低频噪声是车辆NVH的重要组成成分且严重影响了乘坐舒适性,车身结构受到激励容易引发低频辐射噪声,严重破坏车室环境。因此,如何快速找到车内低频耦合噪声的根源,对主要噪声影响部件进行优化设计,以及对车内低频噪声特性分析,具有较强实际意义。本文以有限元法建立起车室声固耦合有限元模型,对车内结构耦合噪声进行预测分析,提出板件声学综合贡献量系数找出需优化板件,完成实验设计与板件优化设计,形成一套能预测分析车内低频噪声特性和有效降低车室低频噪声的方法。论文主要工作如下:(1)建立起车身结构、车室声腔和声-固耦合的有限元模型,基于模态理论依次进行车身结构模态分析、声腔声学模态分析、声-固耦合系统模态分析。分析得到车身结构模态中存在较多局部模态,且集中在前门板、顶棚和后门板处;声腔模态的振型层次分明,振型较强烈出现在地板、顶棚和前围板的周围;耦合系统的模态分布密集,易与整车部件发生共振。(2)针对车室噪声的形成机理进行分析,已知发动机激励,基于声学耦合有限元法对车内结构耦合噪声进行预测,分析车内低频噪声的特性。得到车内目标点的频响曲线大体一致,主要声压峰值出现在频率72Hz、134.1Hz和183.9Hz处,车内声压分布与板件振动速度和耦合模态有很大相关性。(3)由分析得出的峰值频段,结合部件划分的20块车身板件,对目标点声学响应进行板件贡献量计算分析。得出在同一频率下两目标点较大正贡献量的板件有很多是一样的,其中在72Hz处,板件17号(车室右侧门板)、7号(车室地板中部)、12号(车室左侧门板)对两目标点声压正贡献量都较大。同一板件在不同频率下对目标点既是最大正贡献量也是最小负贡献量。在此考虑到目标点权重与噪声水平系数提出板件声学综合贡献量系数,计算得到综合贡献量较大的板件有:车室地板中部、右前车门玻璃、车室地板前部、后门板、车室右侧门板、车室后门玻璃、前围板。这为后面试验设计找到了设计因子。(4)利用最优拉丁超立方设计法对上述七块板件的厚度在设计空间内抽取50组样本点,在有限元软件中相应的计算出车身质量、车身结构第17阶模态频率、两目标点的声压均方根值并作为输出响应,基于径向基神经网络法建立起近似模型。抽取十组样本点完成误差分析,误差值均较小,说明建立起的近似模型具有高精确度,满足工程要求,可代替有限元模型进行优化。(5)根据建立的近似模型,将车身质量和两目标点声压均方根值最小作为优化目标,以车身第17阶模态频率大于50Hz为约束条件,以板件综合贡献量较大的七块板件厚度为设计变量。使用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)在设计空间内进行多目标优化。将板件优化参数带入有限元中计算出响应并进行误差分析,得到近似模型与有限元模型的响应误差均小于2%,说明优化结果具有可靠性。分析优化结果得到,两目标点的声压均方根值分别下降3.57dB(A)和6.91dB(A),在72Hz处,两目标点的声压峰值分别下降3.06dB(A)和4.83dB(A),在声压峰值频段134.1Hz与183.9Hz处的声压峰值均有下降,整体声压均方根值都有降低,车身质量减轻了12.167Kg,车室低频结构耦合噪声得到有效控制,同时也达到车身轻量化的要求。同时也证明建立径向基神经近似模型,运用NSGA-II算法实现板件厚度优化降低车室结构耦合噪声方案的可靠性和有效性。

张睿[10](2019)在《水下圆柱壳内外声场耦合特性研究》文中进行了进一步梳理声隐身性是水下舰艇发挥自身机动突袭作用的基本保证,舰艇辐射噪声水平直接影响其生存力和战斗力。机械噪声作为水下舰艇低速巡航时最主要的辐射噪声源,其产生一方面是由于艇内机械设备通过支撑件、基座、浮筏等隔振系统激励艇体振动向水中辐射噪声,另一方面是机械设备作为声源直接向艇内辐射空气噪声并通过艇体结构透射引起水下辐射噪声。以往对机械噪声的研究主要集中在机械设备作为力激励源引起结构的振动和声辐射特性,而忽略机械设备引起舱室内部空气噪声的变化与水下辐射噪声之间的关系。而事实上,舱室空气噪声中蕴含着大量舰艇内部机械设备运转的噪声信息和艇体结构自身的振动信息,部分空气噪声则会透过艇体结构引起水下辐射噪声。由于水下舰艇内部机械设备密度大、舱室空间狭窄,极大地增强了舱室空气噪声的强度,尤其当舰艇处于低速航行状态或隐蔽状态时,舱室内空气噪声引起的水下透射噪声与舰艇自身的声隐身性密切相关。而随着安静型机电设备和减振隔振技术的发展和运用,舱室空气噪声引起水下辐射噪声的问题愈发突显出来,成为水下舰艇声学设计不可忽略的问题。针对水下舰船舱室噪声引起的水下辐射噪声问题,本文开展了水下圆柱壳内外声场的噪声传递特性研究,结合圆柱壳内声场空间分布特性和结构振动响应规律,分频段建立了壳体结构内外声场噪声传递模型;在噪声传递模型的基础上,研究了力源激励、声源激励及其混合激励下舱室结构内外声场分布特性,计算分析了大型机械设备作为体积源的指向性和表面声散射影响,分析了不同类型噪声源对壳体内外噪声的贡献规律;进一步建立了非规则内部空间的壳体声透射理论模型,开展了大量机械设备占据舱室内部空间情况下声透射特性研究,分析了设备占据内部空间大小对内外声场及噪声传递的影响;最后开展了舱段模型内外声场特性与辐射噪声预报水池试验,利用试验验证了复杂激励下壳体内外声场特性主要结论的可靠性,并基于舱段模型内声场的监测对外辐射噪声进行预报,验证壳体结构内外声场噪声传递模型的有效性。本文的具体研究内容如下:1、圆柱壳内外噪声传递特性研究:壳体内声场特性和结构声振响应是圆柱壳内外噪声传递的两个重要方面。从圆柱壳内部声场特性出发,研究壳体结构内声场简正模态密度,根据模态密度函数分别用简正模式理论和扩散声场理论分析不同频段封闭空间声场特性,其中简正模式理论适合低频段的声场模型,而在中高频段可以采用扩散声场理论进行分析。对于壳体振动响应,基于Donnell薄壳振动方程和Helmholz方程推导了壳体结构被激振动方程,阐述了薄壳理论在高频段计算的局限性,并进而给出壳体结构的板近似模型。在上述结论的基础上,进一步结合不同频段壳体内声场特性和结构声振响应特性,提出了根据壳体结构环频分频段对壳体内外噪声传递进行建模,并分析了壳体结构在不同频段噪声传递特性,明确了在环频以下,圆柱壳内声场模态和壳体振动模态之间的耦合关系主导其结构的声透射特性;在环频以上,壳体结构的隔声质量对声透射特性起主要作用。2、不同激励方式对圆柱壳内外声场的影响:根据壳体结构声透射模型,研究激励方式对壳体内外声场的影响。本文将壳体结构内部噪声源分别力源激励和声源激励两类,分别以局部力和分布力的作用形式加载到壳体结构内表面,对比分析了不同激励方式下壳体内声场特性、结构振动响应和外辐射噪声特性的区别,并讨论了混合激励下不同激励方式对壳体内外噪声的贡献,发现了壳体的振动响应更容易反映力源激励下壳体的振动信息,而壳体结构内声场的强弱对声源激励强弱更敏感;对激励源进行了详细分类研究,阐述了线力源、面力源、偶极子声源、四极子声源等复杂激励对壳体内外声场的影响;针对大型机械设备,提出了一种具有空间分布及指向性的体积源激励下声透射建模方法,揭示了体积源指向性及表面声散射作用对声透射的影响。3、非规则内部空间对圆柱壳内外声场的影响:针对舰艇内部设备众多,占据舱室空间这一问题,本文在Donnell薄壳理论模型基础上,结合集成模态法,提出了考虑设备空间占据的非规则内部结构的壳体声透射模型,理论分析了机械设备空间占据改变了声腔模态振型和对应的声腔共振频率,进而影响了声腔模态与壳体振动模态的耦合关系,对通过改变内部机械设备的体积,数值计算不同机械设备空间占据下,圆柱壳内外声场的变化,给出了其对内外声场噪声传递的影响,并研究了机械设备容积与圆柱壳水下辐射噪声指向性之间的关系。4、开展相关试验研究:为了验证水下圆柱壳结构内外噪声传递模型的有效性及不同类型噪声源对壳体内外声场的贡献规律,在消声水池开展了舱段模型内外声场特性与辐射噪声预报试验研究。采用激振器和音箱分别进行单机和组合激励壳体振动引起舱段模型内部空气噪声及外部水下辐射噪声,利用舱段内壁面附近的传声器和外壁面附近的水听器验证舱段模型结构内外声场噪声传递模型的有效性,进一步结合舱段内壁面的加速度传感器,通过研究复杂激励下壳体结构内外噪声之间的关系,验证了不同激励方式对壳体结构内外噪声贡献的主要结论。舱段试验研究对本文所得到的水下舰船内外声场耦合特性的主要结论在工程实用性方面提供了支撑,该试验结果对水下舰艇结构的声透射预报一定的指导意义和工程应用价值。

二、复杂结构——声场耦合系统的响应和声辐射预测(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、复杂结构——声场耦合系统的响应和声辐射预测(论文提纲范文)

(1)腔体结构振动建模及声振特性分析(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外发展概述
        1.2.1 组合板结构振动分析研究概况
        1.2.2 结构-声耦合系统研究概况
    1.3 研究的主要内容
第2章 组合结构理论建模
    2.1 理论分析方法
        2.1.1 建立两板耦合结构理论模型
        2.1.2 改进傅里叶级数表达式
    2.2 组合结构的求解过程
    2.3 本章小结
第3章 组合结构动力特性分析
    3.1 组合结构验证
    3.2 不同板数耦合结构系统
    3.3 边界条件影响
    3.4 点激励响应验证
    3.5 本章小结
第4章 箱体结构-声腔耦合系统理论建模及其特性分析
    4.1 腔体结构声振建模理论
        4.1.1 模型描述
        4.1.2 结构振动与声场分布函数的级数表示
        4.1.3 结构与声腔系统的拉格朗日函数
        4.1.4 耦合系统控制方程求解
    4.2 数值计算与分析
        4.2.1 模态验证
        4.2.2 点激励响应验证
        4.2.3 声激励响应验证
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

(2)桨-轴-船艉耦合系统振动控制方法研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 桨-轴-船艉耦合系统建模与计算方法
        1.2.2 桨-轴-船艉耦合系统振动与声辐射特性
        1.2.3 桨-轴-船艉耦合系统振动控制
    1.3 目前研究存在的主要问题
    1.4 主要研究内容
第二章 桨-轴耦合系统建模与分析
    2.1 引言
    2.2 有限元方法
        2.2.1 结构域有限元方法
        2.2.2 流固耦合有限元方法
    2.3 螺旋桨-轴系耦合系统建模与特性分析
        2.3.1 螺旋桨建模与固有振动特性分析
        2.3.2 螺旋桨-轴系系统建模与固有振动特性分析
    2.4 轴承参数对振动传递的影响研究
        2.4.1 轴承刚度对振动传递的影响
        2.4.2 轴承位置对振动传递的影响
        2.4.3 轴承数量对振动传递的影响
    2.5 本章小结
第三章 桨-轴-船艉耦合系统建模与分析
    3.1 引言
    3.2 船体艉部建模与动力学分析
        3.2.1 船体艉部有限元模型建立
        3.2.2 船体艉部模态分析
    3.3 桨-轴-船艉耦合系统建模与模态分析
        3.3.1 桨-轴-船艉耦合系统建模
        3.3.2 桨-轴-船艉耦合系统模态
    3.4 桨-轴-船艉耦合系统振动传递特性分析
    3.5 桨-轴-船艉耦合系统声辐射特性分析
        3.5.1 直接边界元法
        3.5.2 声学计算模型的建立
        3.5.3 三向激励下桨-轴-船艉模型声辐射计算结果
    3.6 本章小结
第四章 桨-轴-船艉耦合系统振动控制方法研究
    4.1 引言
    4.2 分布式动力吸振器优化设计方法
        4.2.1 理论计算
        4.2.2 吸振器结构设计与参数计算
        4.2.3 分布式动力吸振器参数优化
    4.3 桨-轴-船艉耦合系统动力吸振器优化设计
        4.3.1 桨-轴-船艉耦合系统理论计算
        4.3.2 吸振器位置与质量的确定
        4.3.3 分布式动力吸振器单频优化
        4.3.4 分布式动力吸振器多频全局优化
    4.4 桨-轴-船艉耦合系统隔振装置控制效果分析
        4.4.1 隔振控制方案
        4.4.2 轴系对中分析
        4.4.3 控制效果分析
    4.5 桨-轴-船艉耦合系统约束阻尼层控制效果分析
        4.5.1 约束阻尼层控制方案
        4.5.2 控制效果分析
    4.6 桨-轴-船艉耦合系统阻振质量控制效果分析
        4.6.1 阻振质量控制方案
        4.6.2 阻振质量位置对系统振动的影响
        4.6.3 阻振质量重量对系统振动的影响
    4.7 本章小结
第五章 桨-轴-船艉耦合系统振动控制试验
    5.1 引言
    5.2 试验对象与系统
    5.3 轴系和模型壳体固有振动特性测试
        5.3.1 固有振动特性测试测点布置
        5.3.2 系统固有振动特性测试结果
    5.4 配重盘激励下的振动传递特性测试
        5.4.1 振动传递特性测试系统
        5.4.2 试验台架轴系状态检测
        5.4.3 系统振动传递特性测试结果
    5.5 船艉结构振动控制测试
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 主要创新
    6.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

(3)加筋板结构封闭非规则声场的耦合特性研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景意义
    1.2 非规则声场的建模研究现状
    1.3 加筋板振动的研究现状
    1.4 声振耦合研究现状
    1.5 研究目的及内容
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 研究内容
第二章 基于解析法的多倾斜壁面不规则声腔声场特性分析
    2.1 引言
    2.2 理论基础
    2.3 复杂形状声腔自由振动特性分析
        2.3.1 声腔形状对固有频率的影响
        2.3.2 声腔形状对模态振型的影响
    2.4 有限元结果与分析
    2.5 本章小结
第三章 加筋板的自由振动特性分析
    3.1 引言
    3.2 理论基础
    3.3 加筋板的自由振动特性分析
        3.3.1 筋条的位置对加筋板的自由振动特性的影响
        3.3.2 筋条的数量对加筋板的自由振动特性的影响
        3.3.3 筋条的厚度对加筋板的自由振动特性的影响
        3.3.4 筋条的布置角度对加筋板的自由振动特性的影响
    3.4 加筋板的谐响应分析
    3.5 本章小结
第四章 加筋板和非规则声腔声场间声振耦合分析
    4.1 引言
    4.2 理论基础
    4.3 声振耦合系统自由振动特性分析
    4.4 声振耦合系统动态响应分析
    4.5 本章小结
第五章 研究工作总结和展望
    展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及其他科研成果

(4)列车激励下钢箱结合梁的振动噪声研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 桥梁振动噪声预测方法
        1.2.2 噪声控制措施
        1.2.3 存在的问题
    1.3 本文的主要内容
第2章 桥梁结构噪声的分频预测方法
    2.1 考虑轨道减振的车辆-轨道耦合系统频域分析模型
        2.1.1 轮轨相互作用关系
        2.1.2 轨道动力分析模型
    2.2 基于FE-BE-SEA混合方法的结构声振预测模型
        2.2.1 有限元方法求解桥车致桥梁振动
        2.2.2 边界元法
        2.2.3 统计能量法
        2.2.4 桥梁结构噪声全频段预测模型
    2.3 本章小结
第3章 槽型钢梁节段的动力特性测试与分析
    3.1 工程概况
    3.2 试验方案
    3.3 测试结果分析
        3.3.1 锤击上翼板
        3.3.2 锤击右腹板
        3.3.3 锤击底板
    3.4 数值仿真分析
        3.4.1 分析频段的划分
        3.4.2 有限元模型
        3.4.3 统计能量分析模型
        3.4.4 理论与试验对比
    3.5 本章小结
第4章 40m钢箱结合梁的振动噪声分析
    4.1 桥梁概况
    4.2 车辆-轨道耦合振动分析
        4.2.1 计算参数
        4.2.2 振动传递特性
    4.3 基于FE-BE-SEA混合方法的声振分析
        4.3.1 车致桥梁振动
        4.3.2 分析频段的划分
        4.3.3 中低频范围
        4.3.4 中高频范围
        4.3.5 全频段噪声预测结果
    4.4 本章小结
第5章 40m简支钢箱结合梁的声振控制
    5.1 降低输入到桥梁的振动能量
        5.1.1 两种典型的轨道减振方法
        5.1.2 轨道减振对桥梁振动的影响分析
        5.1.3 轨道减振对桥梁噪声的影响分析
    5.2 抑制振动能量在桥梁中的传递
        5.2.1 本研究所考察的结构设计参数
        5.2.2 板厚对桥梁振动噪声的影响
        5.2.3 板件加劲对桥梁振动噪声的影响
        5.2.4 横向联接系对桥梁振动噪声的影响
    5.3 本章小结
结论与展望
    主要结论
    展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

(5)嵌有声学黑洞的结构振动与结构声研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 声学黑洞结构研究现状
        1.2.1 声学黑洞结构波动特性研究现状
        1.2.2 声学黑洞结构振动特性研究现状
        1.2.3 声学黑洞结构声学特性研究现状
        1.2.4 声学黑洞结构在能量回收及其他领域中的应用
    1.3 声学黑洞结构研究现状总结与分析
    1.4 论文的主要研究内容
第二章 声学黑洞结构中的弯曲波传播
    2.1 弹性板结构中的弯曲波
        2.1.1 弯曲波的理论基础
        2.1.2 波动与振动的关系
    2.2 楔形结构中弯曲波波动方程推导
    2.3 声学黑洞结构中弯曲波反射
        2.3.1 弯曲波反射系数
        2.3.2 声学黑洞及阻尼层参数对弯曲波反射系数的影响
    2.4 声学黑洞结构弯曲波传播数值算例
    2.5 本章小结
第三章 层合声学黑洞梁的动力学特性及影响机理
    3.1 层合ABH梁的动力学建模
    3.2 用于拟合层合ABH梁位移场的形函数
    3.3 层合ABH梁动力学模型精度验证
    3.4 层合ABH梁的声学黑洞效应
    3.5 阻尼层及梁的中间层对系统动力学特性的影响
        3.5.1 阻尼层对层合ABH梁动力学特性的影响
        3.5.2 中间层对层合ABH梁动力学特性的影响
    3.6 层合ABH梁动力学特性实验
    3.7 本章小结
第四章 嵌有二维声学黑洞圆板的隔声特性及影响机理
    4.1 嵌有二维声学黑洞的圆板
    4.2 ABH圆板结构的声学传递损失
        4.2.1 透过板传声过程中的弯曲波
        4.2.2 声学传递损失的定义
        4.2.3 板的声学传递损失特性及理论预测
    4.3 ABH圆板声学传递损失的声振耦合建模
        4.3.1 声振耦合理论基础
        4.3.2 ABH圆板声振耦合建模
    4.4 ABH圆板声学传递损失分析
    4.5 实验验证
    4.6 ABH几何参数和阻尼层参数对声学传递损失的影响
        4.6.1 声学黑洞直径的影响
        4.6.2 声学黑洞数量的影响
        4.6.3 声学黑洞截断厚度的影响
        4.6.4 阻尼层的影响及机理
    4.7 本章小结
第五章 嵌有二维声学黑洞的板结构-声腔耦合分析
    5.1 弹性板-声腔耦合模型及耦合方程
    5.2 声模态理论基础
    5.3 嵌有二维声学黑洞板-声腔耦合系统建模
    5.4 嵌有二维声学黑洞板-声腔耦合特性分析
        5.4.1 声腔声模态分析
        5.4.2 二维声学黑洞板-声腔耦合模态分析
        5.4.3 声腔内声学特性分析
    5.5 阻尼层对嵌有二维ABH板-腔耦合系统的声腔内声压的影响
    5.6 本章小结
第六章 声学黑洞结构在工程中的应用
    6.1 风冷式无霜冰箱结构
    6.2 风冷式无霜冰箱关键部件振动噪声测试及分析
        6.2.1 关键部件声振特性测试
        6.2.2 振动噪声相干性测试及分析
    6.3 嵌入声学黑洞结构的冰箱关键部件建模
    6.4 声学黑洞结构对冰箱关键部件振动特性的影响
    6.5 本章小结
第七章 研究总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 研究展望
致谢
参考文献
作者简介及攻读博士学位期间研究成果

(6)基于快速多极边界元的声学及声振拓扑优化设计(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
主要符号说明
特殊函数符号定义
专业名词缩写
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 结构振动辐射声场分析
        1.2.2 无限大声场数值分析
        1.2.3 声学边界元法
        1.2.4 有限元和边界元耦合分析
        1.2.5 结构声学优化及声学灵敏度分析
    1.3 现有研究存在问题
    1.4 本文研究目标及内容安排
第2章 常规声学边界元
    2.1 引言
    2.2 控制微分方程
    2.3 声学边界元
        2.3.1 边界积分方程
        2.3.2 声散射问题
        2.3.3 解的非唯一性问题
        2.3.4 角点问题
        2.3.5 边界积分方程离散
        2.3.6 常用单元类型
        2.3.7 数值积分及奇异积分处理
    2.4 数值算例与结果分析
        2.4.1 无限长圆柱体脉动辐射声场分析
        2.4.2 无限长圆柱刚性散射声场分析
        2.4.3 脉动球和振动球的辐射声场分析
        2.4.4 刚性球面散射声场分析
        2.4.5 解的非唯一性问题及Burton-Miller方法考察
    2.5 本章小结
第3章 快速多极声学边界元
    3.1 引言
    3.2 响应分析的快速多极边界元
        3.2.1 二维快速多极算法
        3.2.2 自适应树结构
        3.2.3 三维快速多极算法
    3.3 伴随问题的快速多极算法
        3.3.1 二维问题
        3.3.2 三维问题
    3.4 数值算例与结果分析
    3.5 本章小结
第4章 基于有限元和边界元的声振耦合分析
    4.1 引言
    4.2 有限元和边界元耦合分析
        4.2.1 结构有限元分析
        4.2.2 声场边界元分析
        4.2.3 有限元和边界元耦合
    4.3 声辐射模态分析
        4.3.1 声辐射模态
        4.3.2 非负声强(Non-Negative Intensity)
    4.4 辐射阻尼
    4.5 瑞利积分方程
    4.6 数值算例与结果分析
        4.6.1 弹性球壳在单点激励作用下的响应分析
        4.6.2 水下复杂圆柱壳振动辐射分析
        4.6.3 四边固支板受迫振动下的声辐射分析
    4.7 本章小结
第5章 基于有限元和边界元的声振耦合系统拓扑优化
    5.1 引言
    5.2 基于有限元和边界元的声振耦合系统拓扑优化
        5.2.1 声振耦合系统拓扑优化模型
        5.2.2 材料插值模型
        5.2.3 声学灵敏度分析
        5.2.4 目标函数定义
        5.2.5 优化求解过程
    5.3 基于混合有限元和边界元的声振耦合系统拓扑优化
        5.3.1 混合有限元和边界元耦合分析
        5.3.2 材料插值模型
        5.3.3 声学灵敏度分析
    5.4 数值算例与结果分析
        5.4.1 水下圆柱壳弹性材料分布优化
        5.4.2 水下立方壳弹性材料分布优化
        5.4.3 水下复杂圆柱壳弹性材料分布优化
        5.4.4 基于非负声强的约束阻尼层分布优化
    5.5 本章小结
第6章 基于声学边界元的结构表面阻抗条件优化
    6.1 引言
    6.2 多孔吸声材料模型
    6.3 基于声学边界元的结构表面吸声材料的分布优化
        6.3.1 优化问题定义
        6.3.2 导纳插值模型
        6.3.3 声学灵敏度分析
        6.3.4 目标函数定义
    6.4 数值算例与结果分析
        6.4.1 二维声屏障表面吸声材料分布优化
        6.4.2 单个圆柱体表面吸声材料分布优化
        6.4.3 二维汽车横截面表面吸声材料分布优化
        6.4.4 多个圆柱体表面吸声材料分布优化
    6.5 本章小结
第7章 工作总结与研究展望
    7.1 工作内容总结
    7.2 工作创新点总结
    7.3 研究展望
参考文献
附录A 常用非连续单元类型插值形函数
    A.1 二维线型单元形函数
    A.2 四边形面单元形函数
    A.3 三角形面单元形函数
附录B 二维边界元奇异积分
    B.1 相同奇异函数定义
    B.2 特殊函数奇异积分推导
附录C 典型算例理论解推导
    C.1 无限长刚性圆柱体声散射
        C.1.1 无限长刚性圆柱体平面波声散射
        C.1.2 无限长刚性圆柱体点声源声散射
    C.2 脉动球声辐射
    C.3 振动球声辐射
    C.4 刚性球面声散射
        C.4.1 刚性球面平面波声散射
        C.4.2 刚性球面点声源声散射
附录D Non-Negative Intensity中对称矩阵平方根推导
附录E 二维快速多极边界元系数传递和转化推导
    E.1 多极展开系数的传递(M2M)
    E.2 多极展开系数向局部展开系数的转化(M2L)
    E.3 局部展开系数的传递(L2L)
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

(7)声学超材料-声腔耦合系统振-声学特性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 声学超材料振声学建模与带隙计算方法研究
        1.2.2 声学超材料振声学特性与抑振隔声机理研究
        1.2.3 声学超材料轻量化与新概念声学超材料设计
    1.3 本文的研究内容
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
        1.3.3 章节安排
第二章 声学超材料-声腔耦合系统振-声学特性能量解法
    2.1 分析需求与建模思路
    2.2 耦合系统的层级化能量泛函
        2.2.1 单一元胞
        2.2.2 有限结构
        2.2.3 声固耦合
    2.3 边界条件的施加与模型求解
        2.3.1 周期边界条件
        2.3.2 经典边界条件
        2.3.3 系统模型求解
    2.4 数值算例与结果分析
        2.4.1 “单层板附加单共振单元元胞”算例
        2.4.2 “含规则矩形声腔的耦合系统”算例
        2.4.3 “含复杂异形声腔的耦合系统”算例
    2.5 本章小结
第三章 声学超材料-声腔耦合系统的确定性振-声学特性
    3.1 声学超材料-声腔耦合系统及其分析思路
        3.1.1 典型耦合系统及分析思路
        3.1.2 辐射声功率及声透射损失
    3.2 “单板背腔”耦合系统的振-声学特性分析
        3.2.1 模态分析与带隙设计
        3.2.2 平板受到集中力激励
        3.2.3 声腔受到点声源激励
    3.3 “双板夹腔”耦合系统的振-声学特性分析
        3.3.1 声透射损失分析与带隙设计
        3.3.2 耦合系统隔声性能基本规律
        3.3.3 耦合系统隔声性能增强策略
    3.4 本章小结
第四章 声学超材料-声腔耦合系统的局部不确定性分析
    4.1 不确定性分析的必要性与难点
    4.2 局部不确定性量化与传递分析方法
        4.2.1 区域分解与不确定性量化
        4.2.2 局部摄动与不确定性传递
    4.3 数值算例与结果分析
        4.3.1 能带结构的不确定分析
        4.3.2 频响函数的不确定分析
        4.3.3 局域不确定性分析效率
    4.4 本章小结
第五章 声学超材料-声腔耦合系统的振-声学试验研究
    5.1 悬臂梁式共振单元设计与分析
    5.2 “单板背腔”耦合系统试验分析
        5.2.1 模型与试验设计
        5.2.2 试验结果与分析
    5.3 “双板夹腔”耦合系统试验分析
        5.3.1 模型与试验设计
        5.3.2 试验结果与分析
    5.4 本章小结
第六章 基于声学超材料的直升机驾驶舱降噪综合应用
    6.1 面向舱室噪声控制的声学超材料设计指南
        6.1.1 声学超材料的设计流程
        6.1.2 局域共振单元设计原则
    6.2 惯性放大悬臂梁式共振单元及其带隙特性
        6.2.1 惯性放大悬臂梁式共振单元
        6.2.2 共振频率的数值分析与验证
        6.2.3 惯性放大共振单元带隙特性
    6.3 基于声学超材料的直升机驾驶舱噪声控制
        6.3.1 建模与噪声控制思路
        6.3.2 附加普通悬臂梁式共振单元
        6.3.3 附加惯性放大悬臂梁式共振单元
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文工作总结
    7.2 论文主要创新
    7.3 未来工作展望
参考文献
附录
致谢
攻读博士学位期间发表的论文、参与的项目

(8)面向振动和声学响应的自由阻尼结构拓扑优化(论文提纲范文)

中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 阻尼结构的研究现状
        1.2.2 阻尼结构拓扑优化方法研究现状
        1.2.3 结构-声场耦合系统拓扑优化研究现状
    1.3 论文主要内容
2 基于密度梯度的变密度拓扑优化过滤方法
    2.1 引言
    2.2 变密度拓扑优化方法
        2.2.1 SIMP插值模型
        2.2.2 结构柔顺度最小拓扑优化数学模型
        2.2.3 优化准则法
    2.3 数值过滤方法
        2.3.1 密度过滤法
        2.3.2 基于密度梯度的修正密度过滤法
    2.4 数值验证
        2.4.1 数值模型
        2.4.2 影响因子分析
        2.4.3 优化结果对比
    2.5 本章小结
3 自由阻尼结构减振拓扑优化
    3.1 引言
    3.2 自由阻尼结构有限元模型
        3.2.1 自由阻尼结构单元基本假设和变形协调关系
        3.2.2 自由阻尼结构动力学方程
        3.2.3 模型验证
    3.3 综合模态损耗因子
        3.3.1 模态损耗因子
        3.3.2 有效模态质量
        3.3.3 基于有效模态质量的综合模态损耗因子
    3.4 自由阻尼结构拓扑优化
        3.4.1 自由阻尼结构拓扑优化模型
        3.4.2 灵敏度分析
        3.4.3 优化方法步骤
    3.5 数值仿真
        3.5.1 修正密度过滤法的过滤效果分析
        3.5.2 综合模态损耗因子优化结果分析
        3.5.3 自由阻尼板谐响应分析
    3.6 本章小结
4 基于有限元-波函数法的自由阻尼板-声场耦合系统拓扑优化
    4.1 引言
    4.2 自由阻尼板有限元-声学波函数法混合建模
        4.2.1 声学波函数法
        4.2.2 耦合系统混合有限元-波函数模型
    4.3 自由阻尼结构-声场耦合系统拓扑优化
        4.3.1 耦合系统拓扑优化模型
        4.3.2 灵敏度分析
        4.3.3 自由阻尼结构-声场耦合系统拓扑优化方法步骤
    4.4 数值仿真
        4.4.1 结构-声场耦合系统响应分析
        4.4.2 混合有限元-波函数模型收敛性分析
        4.4.3 基于混合有限元-波函数模型的拓扑优化结果分析
    4.5 实验验证
        4.5.1 实验模型制备
        4.5.2 实验系统搭建
        4.5.3 实验结果及分析
    4.6 本章小结
5 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
附录
    A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
    B.作者在攻读学位期间参加的科研项目
    C.学位论文数据集
致谢

(9)车内结构耦合噪声的预测分析及多目标优化(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 车内结构低频耦合噪声研究现状
        1.2.1 国内研究现状
        1.2.2 国外研究现状
    1.3 径向基函数神经网络模型于工程中应用
    1.4 论文主要研究内容与思路
第二章 车身声-固耦合模型的建立与模态分析
    2.1 模态理论的推导
        2.1.1 结构模态理论
        2.1.2 声腔模态理论
        2.1.3 声-固耦合模态理论
    2.2 车身结构有限元模型的创建与模态分析
        2.2.1 整车车身结构有限元模型建立
        2.2.2 车身结构模态分析
    2.3 车室声腔有限元模型创建与模态分析
        2.3.1 车室声腔有限元模型的建立
        2.3.2 声腔模态计算与分析
    2.4 整车声-固耦合有限元建模与模态分析
        2.4.1 整车声固耦合有限元模型的建立
        2.4.2 整车声固耦合模型模态分析
    2.5 本章小结
第三章 车室结构低频噪声预测分析与板件声学贡献量分析
    3.1 车室噪声产生机理
        3.1.1 车内噪声传递路径分析
        3.1.2 板件振动辐射声理论
        3.1.3 车身结构板件内部声压计算
    3.2 车室结构耦合噪声响应预测分析
        3.2.1 耦合声学有限元法
        3.2.2 车内目标点的声学响应计算
        3.2.3 车内声场分布分析
    3.3 车身板件声学响应贡献量分析
        3.3.1 板件声学贡献量原理
        3.3.2 车室板件的划分
        3.3.3 板件声学贡献量计算
        3.3.4 板件综合声学贡献量
    3.4 本章小结
第四章 基于径向基函数神经网络近似模型建立
    4.1 基本原理概述
        4.1.1 近似模型
        4.1.2 试验设计方法
    4.2 径向基函数神经网络模型构建
        4.2.1 径向基函数神经网络的结构
        4.2.2 径向基神经网络的学习算法
        4.2.3 径向基神经网络模型的优点
    4.3 样本点数据采集
        4.3.1 空间内设计变量因子
        4.3.2 目标响应计算
    4.4 基于径向基神经网络算法近似模型构建
        4.4.1 近似模型的建立
        4.4.2 输入因子对响应的三维模型
        4.4.3 误差分析
    4.5 本章小结
第五章 基于NSGA-II算法的车身结构多目标优化
    5.1 NSGA-II算法
        5.1.1 Pareto最优解与Pareto支配关系
        5.1.2 NSGA-II算法寻优流程
        5.1.3 快速非支配排序与拥挤度
    5.2 车身板件厚度优化
        5.2.1 问题描述
        5.2.2 板件厚度的优化计算
        5.2.3 优化结果
        5.2.4 优化响应的误差分析
    5.3 分析优化前后结果
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录A 发动机激励载荷数据
攻读学位期间取得的研究成果

(10)水下圆柱壳内外声场耦合特性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 圆柱壳振动与声透射理论
    1.3 圆柱壳振动与声透射的影响因素
        1.3.1 激励方式对声弹性耦合的影响
        1.3.2 封闭内声场结构与壳体的耦合
    1.4 壳体噪声传递与预报方法
    1.5 论文主要研究内容
第2章 圆柱壳内外声场的噪声传递特性分析
    2.1 引言
    2.2 圆柱壳内部声场特性分析
        2.2.1 简正模态密度分析
        2.2.2 低频段的简正模式理论
        2.2.3 中高频段的扩散声场
    2.3 圆柱壳结构声振特性分析
        2.3.1 薄壳理论
        2.3.2 壳体结构板模型近似
    2.4 圆柱壳噪声传递特性分析
        2.4.1 壳体结构低频噪声传递特性
        2.4.2 壳体结构中高频噪声传递特性
    2.5 本章小结
第3章 复杂激励下圆柱壳内外声场特性分析
    3.1 引言
    3.2 力源激励下圆柱壳内外声场特性
        3.2.1 力激励的不同作用形式
        3.2.2 力激励下圆柱壳声振特性分析
        3.2.3 力激励的作用形式对圆柱壳内外声场的影响
    3.3 声源激励下圆柱壳内外声场特性
        3.3.1 声激励的不同作用形式
        3.3.2 声激励下圆柱壳声振特性分析
        3.3.3 声激励的作用形式对圆柱壳内外声场的影响
    3.4 多源激励下圆柱壳内外噪声贡献规律分析
        3.4.1 多力源激励下壳体的声振特性
        3.4.2 多声源激励下壳体的声振特性
        3.4.3 混合激励下壳体内外噪声的贡献规律分析
    3.5 体积源对圆柱壳内外声场的影响
        3.5.1 体积源激励下的壳体声振模型
        3.5.2 体积源对壳体内外声场的影响
    3.6 本章小结
第4章 非规则内部空间圆柱壳的内外声场特性分析
    4.1 引言
    4.2 非规则封闭空间声场建模
        4.2.1 声弹性理论
        4.2.2 集成模态法
    4.3 非规则内部空间壳体的声振模型
        4.3.1 壳体振动方程
        4.3.2 集中质量弹簧系统
        4.3.3 非规则内声场模型
        4.3.4 声振耦合方程组
    4.4 非规则内部空间壳体的声振特性分析
        4.4.1 内部声场特性分析
        4.4.2 圆柱壳振动特性分析
        4.4.3 外辐射声场特性分析
    4.5 本章小结
第5章 舱段模型内外声场特性与辐射噪声预报试验
    5.1 引言
    5.2 试验概况
    5.3 复杂激励下的舱段模型声振特性试验
        5.3.1 不同激励下内声场结果分析
        5.3.2 不同激励下壳体振动结果分析
        5.3.3 不同激励下辐射噪声结果分析
        5.3.4 混合激励下内外噪声贡献结果分析
    5.4 基于舱段模型内声场监测的外辐射噪声预报试验
        5.4.1 舱段模型噪声传递函数结果分析
        5.4.2 舱段模型辐射噪声预报结果分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

四、复杂结构——声场耦合系统的响应和声辐射预测(论文参考文献)

  • [1]腔体结构振动建模及声振特性分析[D]. 刘孔超. 东北电力大学, 2021(09)
  • [2]桨-轴-船艉耦合系统振动控制方法研究[D]. 蒋圣鹏. 上海交通大学, 2020(01)
  • [3]加筋板结构封闭非规则声场的耦合特性研究[D]. 邱正威. 江苏大学, 2020(02)
  • [4]列车激励下钢箱结合梁的振动噪声研究[D]. 阮灵辉. 西南交通大学, 2020(07)
  • [5]嵌有声学黑洞的结构振动与结构声研究[D]. 杜晓飞. 东南大学, 2020(02)
  • [6]基于快速多极边界元的声学及声振拓扑优化设计[D]. 赵文畅. 中国科学技术大学, 2019(02)
  • [7]声学超材料-声腔耦合系统振-声学特性研究[D]. 米永振. 上海交通大学, 2019(06)
  • [8]面向振动和声学响应的自由阻尼结构拓扑优化[D]. 吴彼. 重庆大学, 2019(01)
  • [9]车内结构耦合噪声的预测分析及多目标优化[D]. 周龙龙. 重庆交通大学, 2019(06)
  • [10]水下圆柱壳内外声场耦合特性研究[D]. 张睿. 哈尔滨工程大学, 2019(04)

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复杂结构 - 声场耦合系统的响应和声辐射预测
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