一、NUMERICAL SIMULATION OF COUPLED STRUCTURAL- ACOUSTIC PROBLEMS USING FEM/IBEM(论文文献综述)
张娜[1](2021)在《高精度数值方法的低速载货车驾驶室声振计算及不确定性研究》文中指出低速载货车驾驶室声振问题及不确定性研究具有重要的工程应用价值和研究意义。解决声振问题的重要手段包括耦合声腔的噪声预测以及结构振动的控制。由于耦合声腔与结构之间的强相互作用,使得这一过程尤为困难。此外,低速载货车产品在生产、装配、测量环节以及外部环境等条件的影响下容易产生不确定性。由于不确定性的广泛存在和日益累积,可能对声振系统的声压响应造成较大的误差。近来,数值方法与CAE软件不断改进和优化,方便了低速载货车生产企业结合商用软件在概念设计阶段对产品进行声学特性预测。依据概念设计阶段的声振模型,生产企业能够根据预测报告给出振动噪声优化方案,从而进一步缩短研发周期、降低企业成本、提升产品竞争力。目前,有限元法(Finite Element Method,FEM)、无网格法(Meshless method)以及边界元法(Boundary Element Method,BEM)等数值方法在振动噪声预测与控制中扮演着非常重要的角色,是商用CAE软件的核心算法。在这一背景下,数值方法已经成为解决声振问题及进行不确定研究的关键技术。论文的主要工作及成果如下:(1)研究了封闭空腔的板状结构声振问题及有限元-最小二乘点插值法/边界元法(Finite Element-Least Square Point Interpolation Method/Boundary Element Method,FE-LSPIM/BEM)。首先将FE-LSPIM形函数应用到结构动力学分析中,得到结构的FE-LSPIM模型。随后,将BEM应用到三维声场模型中。依据耦合边界条件及声学Helmholtz边界积分方程建立声场离散方程。最后,在满足耦合界面位移和压力连续条件的情况下,推导了用于分析板状结构声振问题的FELSPIM/BEM耦合矩阵表达式,并推广至一带弹性板的六面体模型中,求得其声压频响函数曲线。结果表明:FE-LSPIM/BEM具有较好的计算精度。(2)分析了板状结构不确定性问题,将随机模型引入板状结构声振系统,结合变量变换推导了随机摄动的FE-LSPIM/BEM(Stochastic Perturbation-Finite Element-Least-Square Point Interpolation Method/Boundary Element Method,SP-FELSPIM/BEM)求解不确定性声振问题的基本公式,给出了求解系统随机变量与响应的线性表达式,并通过数值算例分析了声压与响应的概率密度函数分布情况,验证了SP-FE-LSPIM/BEM分析不确定性声振问题的有效性。(3)依据板状结构声振问题及不确定性的研究结果,将SP-FE-LSPIM/BEM推广至低速载货车驾驶室声振计算及不确定性研究。首先建立低速载货车驾驶室声振模型,利用平面壳单元及坐标变换法进行动力学分析并推导出总体刚度矩阵及总体质量矩阵,得到低速载货车驾驶室声振模型声振问题的FE-LSPIM/BEM耦合矩阵表达式。随后,通过数值计算求得其声压频响函数曲线及声压与响应的概率密度函数分布情况。最后,模态试验结果验证了该方法应用于低速载货车驾驶室声振计算的可靠性及适用性。本文在声振问题及不确定性数值计算方法方面进行了一定程度的研究,重点关注了FE-LSPIM/BEM声振问题计算精度的提高以及SP-FE-LSPIM/BEM不确定分析的可靠性。从模态试验的对比验证结果及声压响应结果来看,该方法能很好地应用于低速载货车驾驶室声振计算及不确定性研究中,为进一步开展工程应用奠定了坚实的基础。
刘晨[2](2021)在《船用涡轮增压器离心压气机气动噪声特性分析》文中指出随着船舶行业对船用低速机经济性要求的不断提高,大流量、高增压比离心压气机开始被大量应用在船用低速机涡轮增压器,高压比使得压气机内流动复杂,流动诱导噪声增大。相关法规对船用低速机噪声的要求也越来越高,国际海事组织(IMO)当前的标准对船舶主机舱噪声要求为不超过105d B(A),而我国现行增压器相关标准对压比大于3.5的船用低速机增压器噪声限值仍为120d B(A)。船用低速机噪声主要包括燃烧噪声、机械噪声和气动噪声,气动噪声在中、高频段有突出贡献,而涡轮增压器离心压气机是气动噪声的主要来源,降低离心压气机气动噪声可以有效控制柴油机噪声。涡轮增压器运行工况多变,噪声特性随运行工况变化,噪声源成分复杂且不易分解,噪声机理有待进一步研究。涡轮增压器离心压气机气动噪声在过去几十年已经成为中外学者研究的热点问题,但研究对象多选择车用涡轮增压器,针对船用涡轮增压器的研究较少。本文通过试验测试和数值计算对船用低速机涡轮增压器的离心压气机气动噪声开展研究,探究了混合计算气动声学(CAA)方法的准确性及适用性,分析了离心压气机气动噪声特性与流动机理,为今后离心压气机气动噪声控制和低噪声压气机设计奠定了基础。本文主要开展的工作如下:(1)通过船用低速机辐射噪声测试、船用涡轮增压器辐射噪声测试和离心压气机气动噪声测试,分析了离心压气机气动噪声特性及其对低速机噪声的贡献。离心压气机气动噪声主要由离散单音噪声、多重单音噪声和宽频噪声组成,其中离散单音占主导,高转速下的多重单音噪声峰值也具有较高的声压级。采用人工神经网络(ANN)可以将有限工况的试验结果用于测试运行范围内任意工况的噪声分析,并给出气动噪声map图。ANN模型可以给出较为准确的气动噪声谱,ANN预测总声压级与试验测试的误差小于3.2d B,但有限数据会使ANN模型对线性频谱细节的预测存在较大误差。(2)验证了基于计算流体力学(CFD)与声学边界元(BEM)的混和CAA预测方法在气动噪声预测上的可行性和准确性,讨论了CFD计算数值模型和非定常CFD计算时间参数对压气机流动及气动噪声预测的影响。结果发现全流道可以考虑叶片差异和叶片相互作用,更准确的预测压气机气动噪声。过大的叶片表面粗糙度会导致压气机紊流增强,宽频噪声增大,实际应用中Ra应低于12.1μm,且在噪声研究中不可忽略。过大的非定常CFD计算时间步长会导致计算失真,2°的时间步长可以在降低计算量的同时得到较好的预测结果,在合理时间步长的基础上增加计算总时间有助于准确预测频谱细节。基于分析得到的数值模型和时间参数,数值预测和试验测试的气动噪声平均声压级仅相差0.5d B。(3)基于CFD和BEM耦合的混合CAA方法,研究了理想进气条件下设计工况、设计转速近喘振工况和极限工况下压气机非定常流动及气动噪声特性,分析了压气机非定常流动特征与气动噪声的关联,讨论了不同气动噪声成分的流体机理。在不考虑进气消声器的情况下,设计工况下压气机离散单音噪声由叶片气动力产生,主要受叶片和来流干涉及叶轮和扩压器动静干涉作用影响。多重单音噪声主要来源于叶轮前缘的外延激波,叶轮和蜗舌之间的动静干涉对离散单音噪声和多重单音噪声均有一定影响。设计转速近喘振工况和极限工况下压气机内均出现明显的失速现象,使宽频噪声声压级增大超过20d B,但离散单音噪声仍为主导噪声成分。失速现象使得宽频噪声声压级高于多重单音噪声峰值,导致多重单音噪声峰值影响减小。(4)验证了基于CFD和FEM的混合CAA方法在压气机气动噪声计算中的适用性和准确性。安装进气消声器可以有效控制压气机气动噪声,但进气消声器结构使压气机内部流动复杂,降低了压气机气动性能。混合CAA方法也可用于预测进气消声器插入损失,计算误差不超过3d B。分析了直管路进气条件下不同工况的压气机非定常流动及气动噪声特性,结果表明设计工况和近喘振工况下直管路对压气机流动和气动噪声影响较小,压气机气动噪声特性和流动机理与理想进气基本相同。分析了变截面管路对压气机流动和气动噪声的影响,发现增大进气截面会使压气机气动性能微增,而截面突缩会导致压气机流动恶化,气动性能明显降低。截面变化平缓的锥形管内压气机气动噪声特性与直管路相似。缩放喷管使压气机内出现明显失速现象,管内的辐射噪声增大,宽频噪声贡献度显着增加。收缩管使压气机气动噪声源增强,但收缩管截面变化使噪声发生反射,导致管内传播的压气机气动噪声声压级较低。
王杰[3](2021)在《基于边界元的声学、声振问题结构形状与拓扑优化算法研究》文中研究指明为实现高效的噪声控制,优化设计方法已被引入噪声问题分析中,其中形状优化和拓扑优化是当前主要的研究方向。形状优化的思想是通过改变结构形状来改善其声学性能,而拓扑优化则是通过优化结构材料的拓扑分布关系来实现减振降噪。边界元方法在声学问题分析中具有独特的优势,通过将其与优化工具相结合,可以有效地建立形状优化和拓扑优化模型,从而显着改善结构的声学性能。等几何分析(IGA)成功地消除了 CAD与CAE之间的分离状态,其精确构造几何模型、不需要重复生成网格等优点显着缩短了形状设计更新周期。另一方面,IGA采用的NURBS插值,搭建起了结构形状变化和表面材料分布之间交流的桥梁。本文基于声学等几何边界元进行了形状优化、材料拓扑优化以及联合优化算法研究,同时基于有限元与边界元耦合方法实施结构材料的拓扑优化设计,实现更好的减振降噪效果。本文主要内容包括下面四部分:基于等几何宽频快速多极边界元的二维声学结构形状优化分析。针对二维外声场问题,基于NURBS插值推导了等几何边界元的一般表达式。采用Burton-Miller 法实现频域分析下的稳定求解,基于奇异性相消思想并结合 Cauchy 主值和Hadamard主值准确计算超奇异积分。引入宽频快速多极算法实现宽频域范围内高精度及高效率求解的平衡,进一步通过伴随变量法提升形状灵敏度分析效率。最终建立形状优化算法,通过MMA优化求解器实现有效的二维结构形状优化设计,显着降低目标区域的声学物理量。基于等几何边界元的三维声学结构形状优化分析。针对三维外声场问题,基于NURBS曲面插值推导了等几何边界元的基本公式。引入非连续元思想并结合Bezier extraction操作,提升等几何边界元的分析精度。同时,基于几何参数空间与物理参数空间相互独立的思想建立非连续等几何边界元算法,增强其针对分片插值模型的分析能力。使用伴随变量法并结合等几何边界元获得形状灵敏度,提高多设计参数的灵敏度计算效率。为提高大型复杂问题的计算效率,采用OpenMP并行工具缩短计算时间。最终结合MMA优化工具建立了一套三维声学结构形状优化算法,针对复杂工程问题模型进行了有效的形状优化分析。基于等几何边界元的三维声学结构联合形状与拓扑的优化算法研究。在结构表面贴附吸声材料的基础上,基于阻抗边界条件推导了基本分析公式。使用SIMP材料插值模型开展连续体材料分布的拓扑优化设计,采用伴随变量法提升多设计变量的拓扑灵敏度计算效率。通过NURBS插值构建结构几何形状和结构表面吸声材料拓扑分布之间的联系通道,以NURBS控制点坐标为形状设计参数,以吸声材料的人工密度为拓扑设计变量,基于有效的形状设计与材料分布拓扑改变相结合的方案,建立三维声学结构几何形状与表面吸声材料拓扑分布的联合优化算法,实现比单一类型的结构优化更好的降噪效果。基于有限元-边界元耦合分析的频带拓扑优化算法研究。设置结构由双材料构成设计,依据有限元-边界元耦合方法开展声振耦合分析。通过使用SIMP双材料插值模型和伴随变量法实施高效的拓扑灵敏度分析,进一步结合MMA优化工具建立结构材料拓扑优化算法,以减振降噪为目标实施材料分布优化设计。基于声辐射模态分析和阻抗矩阵插值技术,提升多频点分析的计算效率,最终建立一套基于声振耦合分析的结构材料频带拓扑优化算法,通过频带拓扑优化分析获得更具有工程实际意义的材料分布结果,为工程降噪问题提供有效的设计分析手段。本文基于声学等几何边界元方法建立了形状优化、吸声材料分布拓扑优化、联合优化算法,并基于有限元-边界元耦合分析方法发展了结构材料频带拓扑优化算法,通过优化设计改善结构的声学性能以实现减振降噪,为工程中的噪声控制问题提供理论指导。
孙勇敢[4](2020)在《环境载荷对弹性边界条件下板壳结构声学性能影响研究》文中提出舰艇、航空航天、建筑等工程领域中的振动和噪声问题一直被国内外学者所关注。实际工程结构通常有复杂的边界条件并遭受各种载荷,恶劣的环境载荷甚至会造成结构的破坏,这些都会影响实际结构的动态性能和声学性能,因此,建立符合实际的物理模型对于准确预报结构的动力学性能和声学性能至关重要。另外,如何实现轻质结构的宽频减振降噪也是国内外科研工作者研究的热点,周期性结构在特定频率内所具有的阻止弹性波传播的带隙特性为结构的减振降噪提供一种新的思路,但目前计算周期性带隙结构基本上都假定元胞单元之间的连接方式是刚性固定的,这种理想化的元胞单元边界连接方式不利于局部共振带隙结构的实际应用,同时研究设计轻质、低声辐射及隔声性能优良的结构也具有非常重要的理论意义和实用价值。针对上述问题,本论文以舰艇工程中常见的静压力(或静水压力)、热等环境载荷和局部板壳结构为研究对象,建立了环境载荷对弹性边界条件下板壳结构声学性能影响计算模型,分析了弹性边界条件(或弹性连接)、力载荷、热载荷、损伤等对板壳结构声学性能的影响。此外,还建立了基于元胞单元弹性连接的局部共振板结构的计算模型,讨论了元胞单元弹性连接刚度对局部共振板结构带隙及动态性能的影响,并提出了基于多带隙局域共振结构阻尼及多频谐振作用的宽带隙设计方法。本论文主要内容和成果如下:(1)将弹性基础刚度、边界刚度及弹性连接刚度计入总体刚度矩阵,建立了加筋板、加筋板-圆柱壳耦合结构振动声辐射计算模型,讨论了弹性基础刚度、边界刚度及弹性连接刚度对板壳结构振动声学性能的影响。结果表明,从自由边界—简支边界—刚性固定边界过渡过程中,存在两个固有频率急剧增加的阶段,在实际结构振动计算时要特别注意,以免引起大的误差。同时边界支持刚度是影响结构声辐射效率的重要参数,“软”边界有助于降低结构声辐射效率。当支持边界刚度足够大,增加弹性基础刚度时,加筋板声辐射效率变化较小,但增加弹性基础刚度可以减小结构表面速度均方值,从而降低结构低频辐射噪声,同时弹性基础范围、弹性基础位置等可能影响结构辐射声功率减小的幅值。另外,耦合结构的模态可分为单一结构模态和多个结构耦合模态,当连接刚度增加时,耦合结构的均方速度曲线和辐射声功率曲线均向高频移动且共振峰值增加,共振频率数目减少。(2)计算了面内载荷作用下加筋板结构振动声辐射性能,并通过引入多个随机入射角、振幅、相位角的平面波相互叠加来模拟混响声场,建立了静压力下混响声场激励的加筋板隔声性能计算模型,该模型可用于静压力作用时结构低频隔声性能修正。在此基础上,建立了静(水)压下加筋板-圆柱壳弹性耦合结构水下声辐射性能计算模型,该模型允许结构具有任意复杂的弹性边界和结构之间的弹性连接方式,计及了静(水)压力引起的应力刚度并给出了其显式表达式。另外,还建立了局部热载荷下任意边界条件层合板结构振动及声辐射的计算模型,研究了边界条件、受热位置、受热面积等对板结构临界温度、振动频率以及结构声辐射性能的影响,提高了实际环境中复杂结构声辐射性能预报的准确性。(3)建立了基于元胞单元弹性连接的局部共振板结构的计算模型,研究了元胞单元弹性连接刚度对局部共振结构带隙及动态性能的影响。数值结果表明,存在一个元胞单元弹性连接刚度范围,在此范围内连接刚度增加时,局部共振结构带隙频率及抑制弹性波的程度迅速增加,而大于此范围时,局部共振结构带隙频率及抑制弹性波的程度基本不变,这一发现拓宽了利用局部共振结构进行振动与噪声控制的应用范围。另外,单带隙局部共振结构形成的低频带隙通常较窄且带隙附近又易出现隔声低谷。为克服上述缺点,首先,研究了边界条件、载荷、弹簧系统频率对结构带隙的影响;其次,建立了局部共振多带隙板结构及其局部共振带隙板-圆柱壳弹性耦合结构声辐射性能计算模型,研究了结构阻尼对结构声辐射性能的影响;最后,在此基础上计算了混响声场激励的多带隙局部共振板结构隔声性能,提出了基于共振结构阻尼、多频谐振作用的结构宽带隙设计方法,该方法不以牺牲结构刚度和增大结构质量为代价,并且受约束、环境载荷、材料等影响较小,既实现了远高于原结构的宽带隔声量,又消除了带隙附近的隔声低谷,为轻质、低声辐射及隔声性能优良的实际结构设计提供参考。(4)基于复合材料各向异性损伤本构关系,建立了力-热载荷引起的结构损伤对加筋圆柱壳声辐射性能影响计算模型,分析了损伤对复合材料圆柱壳的声辐射性能的影响。结果表明,当温度载荷和外压力载荷作用于加筋圆柱壳结构时,圆柱壳和横向筋单元要先于纵向筋发生损伤,并且随着结构损伤程度的增加,加筋圆柱壳结构刚度减小,基频逐渐变小。损伤程度较小时,加筋圆柱壳结构的均方速度、辐射声功率和声辐射效率变化较小;损伤程度较大时,加筋圆柱壳结构的均方速度、辐射声功率和声辐射效率变化与频率相关:中低频时,加筋圆柱壳结构均方速度及辐射声功率均明显增加,加筋圆柱壳表面均方速度曲线和辐射声功率曲线明显向低频移动,高频时,结构的声辐射效率减小,辐射声功率也随之减小。
黄磊[5](2020)在《三维层状半空间地震波散射新型间接边界积分方程法》文中认为我国诸多重大工程位于高地震烈度复杂地形地貌区,且复杂场地导致地震动放大效应,因此,研究震源特性和复杂场地效应(河谷、盆地、山体、滨海软土场地等),可为复杂场地条件下结构抗震设计提供准确的地震动输入,具有重要的工程意义。本文开展了三维单相和饱和层状半空间地震波散射、含复杂地形的层状半空间地震波散射研究,主要研究工作和创新成果如下:(1)建立了三维单相层状半空间地震波散射新型间接边界积分方程法(IBIEM)。求解三维单相层状半空间自由场;在散射体表面等效圆形单元上施加均布载荷,构建散射波场,远场求解利用集中荷载动力格林函数;验证了方法的正确性,揭示了层状半空间中由层状介质的共振特性决定的复杂散射特性。研究表明:覆盖层的动力特性对层状介质中局部地形的散射效应有很大影响,在软覆盖层的前两阶共振模型中,位移可放大近1倍。(2)建立了三维饱和层状半空间地震波散射新型间接边界积分方程法。求解三维饱和层状半空间自由场;基于Biot理论,加入流体荷载,推导了多孔饱和层状半空间上倾斜圆盘荷载动力格林函数,远场求解利用饱和集中荷载动力格林函数;验证了方法的正确性,揭示了饱和层状半空间中凹陷地形对地震波的散射规律。研究表明:随着上部土层孔隙率的增加,位移幅值可放大1~6倍。垂直入射的SV波峰值水平振幅在凹陷的拐角处可达7.5。(3)发展了适用于含复杂场地层状半空间地震波散射的有限元-间接边界积分方程耦合方法。基于所建三维层状半空间新型间接边界积分方程法,进一步采用有限元方法处理局部复杂场地,实现了对近场复杂场地和远场层状无限域波动状态的精确模拟;进行了方法验证,阐明了含局部复杂地形的层状半空间地震波散射特征。研究表明:在复杂形状盆地内,地震波出现更多的聚焦区,盆地较深一侧的位移聚焦与放大效应更为明显。在层状场地中,狭长形沉积盆地位移可放大1.5倍。
李璨[6](2020)在《饲草揉碎机外壳振动辐射噪声分析与优化》文中进行了进一步梳理饲草揉碎机是我国自行研制的一种饲草加工设备,目前,饲草揉碎机工作时主要存在振动噪声较大的问题。研究表明饲草揉碎机噪声高达100-110d B(A)左右,超出了揉碎机噪声90d B(A)的国家标准要求。不仅严重地影响揉碎机的使用寿命和工作性能,同时也产生了噪声污染,危害了操作者的身心健康。为了有效地控制饲草揉碎机的噪声,对其外壳振动辐射噪声进行准确预测与优化就显的尤为重要。为了在设计阶段就能准确预测饲草揉碎机外壳振动辐射噪声并进行结构声优化设计,首先基于计算流体力学CFD与离散元DEM耦合方法模拟了饲草揉碎机内部的散碎物料-气流耦合非定常流场,获得了实际工况下揉碎机气固非定常流场的基本特征及外壳壁面所受气流与物料脉动圧力载荷。其次,利用有限元方法对揉碎机外壳进行模态分析,并加载气-固耦合流场脉动压力对外壳进行谐响应分析,得到揉碎机外壳在不同频率载荷作用下的振动响应。第三,将饲草揉碎机外壳振动响应作为声学边界条件,采用有限元与间接边界元结合的声固耦合法计算非定常流动引起的外壳振动辐射噪声,采用声压法对外壳辐射噪声进行试验研究并对噪声数值结果进行验证。最后,利用已验证的外壳振动辐射噪声数值预测模型,采用Kriging模型与多目标遗传算法对外壳振动辐射噪声进行结构声优化设计。研究结果表明:(1)进料口处外壳所受气-固流场脉动压力幅值最大,圆形外壳上脉动压力幅值次之,出料管上脉动压力幅值最小;脉动压力所具有的能量随着转子转动产生激励频率的增大而减小。(2)外壳前六阶固有模态频率均小于转子激励频率的基频与倍频,故不会发生共振。(3)饲草揉碎机外壳表面的最大变形位移随着激励频率的增大而减小,在激励基频130Hz处的变形位移最大,最大变形发生在进料口处;二倍频260Hz处的变形位移次之,最大变形位置发生在出料口处。(4)饲草揉碎机各测点的振动辐射噪声声压级频谱结构非常相似,噪声频率都是由离散谱和连续谱组成的,主要噪声源为旋转锤片转子偶极子声源。其中靠近入料段区域的测点1的声压级最大,圆形外壳附件测点2、3、4处的声压级较接近且次之,靠近出料管侧面测点5的声压级最小。(5)负载工况下基频与倍频处各个测点声压级的仿真值与试验值基本一致,声压级最大差值为1.69d B,可见振动噪声数值模型准确可靠。(6)当锤片转子转速为2500r/min,入料段外壳厚度为4mm,揉碎段外壳厚度为3.5mm,出料段外壳厚度为4mm时,饲草揉碎机外壳振动辐射最大噪声总声压级由原来的102.9d B(A)降低为86.9d B(A),低于90d B(A)的国家标准要求。
霍瑞东[7](2020)在《船舶结构流激噪声数值计算方法研究》文中研究说明水下辐射噪声作为船舶结构综合性能中的一项重要指标,具有很高的研究价值。水下辐射噪声包括设备工作时产生的机械振动噪声、螺旋桨噪声和结构在流场作用下产生的水动力噪声三类,其中水动力噪声在航速较高时占比较大,是水下辐射噪声的主要组成成分,若不进行有效控制将严重制约舰船及水下航行器的综合性能。流激噪声是由流场和结构共同作用而产生的,其形成机理和分布规律不仅与航行工况、船体型线、附体结构有关,还受船舶内部结构形式、材料属性等参数影响,因此流激噪声形成机理复杂、影响因素众多,对其进行有效的数值计算与规律探讨具有重要的研究价值。本文以船舶结构流激噪声为研究对象,采用数值计算方法研究和工程应用相结合的思路,开展了船舶结构流激噪声数值计算方法与水动力噪声试验研究。首先本文对流场数值模拟、结构表面脉动压力数值计算问题的国内外研究进展进行了详细总结,选取大涡模拟法作为本文流激噪声脉动压力载荷获取的首选方法。然后分析了流激噪声计算的理论依据和常用的数值计算方法,综合考虑各方法的特点及各自适用范围,选取声学FEM-AML方法计算低频流激线谱噪声,选取SEA法计算中高频流激频带噪声,由此为本文的研究手段与技术依托指明了方向。为了获取有效的流激噪声脉动压力载荷,本文采用大涡模拟方法对锥柱壳模型进行了湍流场的数值模拟,分析了大涡模拟方法所涉及的一些关键参数,包括亚格子应力模型的选取、近壁面网格高度等参数对计算结果有效性的影响,选取最优参数对锥柱壳模型进行了稳态和瞬态计算,并开展了基于重力式水洞的模型验证试验验证了大涡模拟计算的有效性。为下文流激噪声计算载荷输入提供一定参考。以大涡模拟法求得的结构表面脉动压力作为载荷输入,分别探讨了使用声学FEM-AML技术计算锥柱壳的中低频流激线谱噪声、使用统计能量法计算了锥柱壳模型的中高频流激频带噪声的计算流程,针对统计能量法中湍流边界层载荷输入问题,分别对比了两种不同输入方式的区别。开展了基于重力式水洞的水动力噪声试验,通过对比验证了上述数值方法的有效性,并探讨了重力式水洞测试水动力噪声的规律。在此基础上本文提出了拟合函数法,将声学有限元法和统计能量法结合起来,从而得到一种全频流激频带噪声的数值计算方法,并结合实际工程需求基于VAOne和C#语言开发了全频流激频带噪声拟合程序,有效提高了船舶结构水下流激辐射噪声的预报效率。总结上述工作,本文提出了全频流激噪声计算流程,可为实际工程应用提供一定参考和借鉴意义。最后,本文将上述全频流激频带噪声计算方法应用于SUBOFF标准模型,定性和定量分析了不同航速下流激噪声的空间分布与频域分布规律,并讨论了不同阻尼形式对流激频带噪声的影响规律。
赵文畅[8](2019)在《基于快速多极边界元的声学及声振拓扑优化设计》文中认为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。
夏利福[9](2019)在《舰船超材料结构设计方法与性能分析》文中指出船舶结构振动是导致船体结构出现裂缝或疲劳破坏的根源,水声监测能力的提升对水面舰船和潜艇的声隐身性能也提出了更高要求。通过船体减振包括船舶主机处的减振设计对提高船舶隐蔽性、安全性和舒适性有重大意义。负泊松比多孔超材料多为蜂窝单胞通过平移或旋转方式等形成,可看做为单胞通过串联及并联形成应用结构。单胞角度、高宽比及壁厚等众多参数均能影响单胞的泊松比、相对密度、刚度、频率等性能参数,本文根据弹性均匀化理论,结合有限元方法推导了适用于周期蜂窝结构的理论表达式,分析在蜂窝单胞不同的串联、并联情况下,不同角度、不同高宽比下的动静力学性能,为复杂负泊松比超材料结构的设计提供理论参考,应用前景十分广阔。传统的船用隔振装置从基座到浮筏在国内外已经得到深入研究,如不进一步考虑新的结构形式或新的材料(复合材料、纳米材料或超材料等),很难兼顾减振功能与轻量化设计需求。本文通过对浮筏结构以及负泊松比超材料结构进行理论分析,提出负泊松比超材料隔振浮筏设计。在此研究基础上,通过有限元软件建立两种典型浮筏结构及两种新型负泊松比浮筏结构,对四种不同类型隔振浮筏在实船主机减振中的应用进行了探索。研究结果表明,采用负泊松比超材料筏体在某些频段能提高浮筏的振级落差,减小主机传递到机舱船底板的振动强度,并显着降低筏架重量。负泊松比超材料浮筏具有轻量化、高隔振效果、高降噪性能等优点,在未来船舶动力设备减振中具有广阔的应用前景。本文还设计了含轻量化、减振降噪性能优良的负泊松比超材料肋板的双层圆柱壳结构,在保证结构承载能力的前提下,探索将其应用于潜艇动力设备舱段,以降低动力设备引起的振动与噪声。研究表明,调节超材料肋板宽度,可改变双层圆柱壳结构的局部刚度;调节超材料功能胞元的壁厚和角度以及胞元层数,可改变双层圆柱壳结构的隔振及声辐射性能。研究了保持肋板总质量不变条件下,超材料胞元层数对双层圆柱壳结构隔振与声辐射性能的影响;给出了不同超材料肋板结构宽度、胞元负泊松比及胞元层数下双层圆柱壳结构的强度、固有频率、加速度响应级、振级落差、振动传递率以及辐射声功率。通过与常规双层圆柱壳结构对比,证明了采用负泊松比超材料肋板双层圆柱壳结构的轻量化优势与低辐射噪声性能。鉴于负泊松比超材料肋板在双层圆柱壳减振降噪方面的优良性能,进一步将其应用于某型潜艇动力设备舱舱段的结构设计。将该舱段双层壳间实肋板替换设计为负泊松比超材料肋板,既降低因动力设备振动引起的船体振动与水下辐射噪声,又能使船体结构重量降低。本文通过建立潜艇有限元模型分析全艇振动及水下辐射噪声,调整超材料肋板的胞元板厚,对比研究不同质量约束下超材料肋板与实肋板设计的舱段外壳振动加速度级。使用耦合间接边界元方法计算了潜艇辐射声功率级及声压辐射指向性,通过与实肋板机舱段结构潜艇结构对比,负泊松比超材料肋板在总合成声功率上表现出更好的降噪性能。采用含负泊松比超材料能够更好的阻隔动力设备机械振动向外壳的能量传递,论证了负泊松比超材料在实际船舶工程中的良好应用前景。
玉云艳[10](2019)在《开口复合材料层合板声振特性研究》文中认为复合材料作为新型材料,具有重量轻、比强度和比刚度高、抗疲劳、耐腐蚀以及易加工等特点,舰船应用复合材料层合板具备一系列优势。为满足设备安装、增加通道和减轻重量等需求,通常需对舰船板壳结构进行开口,而开口的形状随着实际需求而变化。研究具有开口的复合材料层合板的振动与声辐射特性,对指导此类结构在舰船上的应用具有一定的参考意义。本文首先对含有开口的不同形状复合材料层合板的自由振动特性进行研究。基于一阶剪切变形理论描述开口层合板的振动,推导层合板的能量方程。采用线性均匀分布的平动与转动弹簧来模拟复杂边界,将弹簧的弹性势能引入到开口层合板的势能方程中。基于Rayleigh-Ritz法,运用改进的傅立叶级数为假定振型函数,推导出可以适用于不同形状、开口和不同边界的板的振动能量方程,通过对能量泛函求极值得到开口板的刚度矩阵与质量矩阵。求解特征值矩阵,得到层合板自由振动的固有频率与模态。给出了多种不同形状的开口层合板固有频率计算结果,并与有限元结果以及参考文献结果进行对比,验证了本文理论模型的正确性以及方法的普适性,并讨论了开口参数对层合板固有频率的影响。在自由振动的基础上,研究了开口层合板受迫振动与功率流特性。通过对矩阵求逆的方法,解出在任意一点激励下,位移函数的系数矩阵,从而求出开口层合板受迫振动的位移与内力。在此基础上,研究结构振动功率流,并详细讨论了开口大小与激励点位置对振动功率流的影响。通过可视化的方法,利用功率流矢量图研究了功率流在开口层合板内的传递,并讨论了结构边界、激励频率以及激励位置对功率流传播特性的影响。最后进行了开口层合板在空气中的声辐射特性分析,通过Rayleigh积分公式获得开口层合板的远场辐射声压表达式,结合阻抗矩阵求得开口层合板的辐射声功率。并就开口大小、结构边界等多种因素对声辐射的影响进行了详细地讨论,为开口层合板结构的减振降噪提供了理论依据。
二、NUMERICAL SIMULATION OF COUPLED STRUCTURAL- ACOUSTIC PROBLEMS USING FEM/IBEM(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、NUMERICAL SIMULATION OF COUPLED STRUCTURAL- ACOUSTIC PROBLEMS USING FEM/IBEM(论文提纲范文)
(1)高精度数值方法的低速载货车驾驶室声振计算及不确定性研究(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 声振问题研究方法综述 |
1.3 不确定性研究综述 |
1.4 本文研究意义和内容 |
第2章 板状结构的声振问题基本理论 |
2.1 引言 |
2.2 薄板弯曲问题基本理论 |
2.3 声学HELMHOLTZ波动方程 |
2.4 声振耦合计算的基本原理 |
2.5 本章小结 |
第3章 基于FE-LSPIM/BEM的板状结构声振计算 |
3.1 引言 |
3.2 板动力学理论的FE-LSPIM模型 |
3.3 声场域的BEM模型 |
3.4 声振耦合模型分析 |
3.5 数值算例 |
3.6 本章小结 |
第4章 基于SP-FE-LSPIM/BEM的随机摄动不确定性分析 |
4.1 引言 |
4.2 随机摄动声振耦合系统方程 |
4.3 响应概率密度函数分析 |
4.4 数值算例 |
4.5 本章小结 |
第5章 低速载货车驾驶室声振模型应用研究 |
5.1 引言 |
5.2 低速载货车驾驶室声振模型 |
5.3 驾驶室模型动力学分析 |
5.4 驾驶室声振模型数值计算 |
5.5 模态试验及验证 |
5.6 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
发表论文及参加课题一览表 |
(2)船用涡轮增压器离心压气机气动噪声特性分析(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 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 船用涡轮增压器压气机研究现状 |
1.2.2 离心压气机气动噪声试验测试研究 |
1.2.3 离心压气机气动噪声数值计算研究 |
1.2.4 离心压气机气动噪声特性及机理 |
1.3 存在的问题 |
1.4 本文研究的主要内容 |
第2章 基于试验的离心压气机气动噪声特性研究 |
2.1 船用低速机辐射噪声特性的试验研究 |
2.1.1 低速机辐射噪声测试方法 |
2.1.2 低速机辐射噪声特性 |
2.2 船用涡轮增压器辐射噪声特性的试验研究 |
2.2.1 增压器辐射噪声测试方法 |
2.2.2 增压器辐射噪声特性 |
2.3 离心压气机气动噪声特性的试验研究 |
2.3.1 离心压气机气动噪声测试方法 |
2.3.2 离心压气机气动噪声特性 |
2.4 基于ANN的噪声预测 |
2.4.1 ANN方法简介 |
2.4.2 ANN模型构建及参数分析 |
2.4.3 基于ANN的噪声预测 |
2.5 本章小结 |
第3章 离心压气机气动噪声预测方法研究 |
3.1 基于CFD和 BEM的混合CAA方法 |
3.1.1 计算流体力学 |
3.1.2 声学Helmholtz方程 |
3.1.3 声学边界元方法 |
3.2 离心压气机流动及噪声预测数值模型 |
3.2.1 离心压气机模型构建 |
3.2.2 离心压气机性能预测及验证 |
3.2.3 离心压气机定常流场分析 |
3.3 CFD数值模型对流动及气动噪声预测的影响 |
3.3.1 单流道与全流道的对比 |
3.3.2 叶片表面粗糙度的影响 |
3.4 CFD计算时间参数对流动及气动噪声预测的影响 |
3.4.1 非定常CFD计算时间步长的影响 |
3.4.2 非定常CFD计算总时间的影响 |
3.5 离心压气机气动噪声预测的试验验证 |
3.6 本章小结 |
第4章 设计工况下压气机气动噪声特性及机理研究 |
4.1 设计工况下压气机气动性能及流场分析 |
4.1.1 压气机气动性能分析 |
4.1.2 压气机非定常流场分析 |
4.2 设计工况下压气机气动噪声特性分析 |
4.3 设计工况下压气机气动噪声机理分析 |
4.3.1 非定常压力脉动 |
4.3.2 动静干涉 |
4.3.3 前缘激波 |
4.4 本章小结 |
第5章 近喘振工况下压气机气动噪声特性及机理研究 |
5.1 近喘振工况下压气机气动性能及流场分析 |
5.1.1 设计转速近喘振工况的性能及流场分析 |
5.1.2 极限工况的性能及流场分析 |
5.2 设计转速近喘振工况下压气机气动噪声特性研究 |
5.2.1 近喘振工况下气动噪声特性 |
5.2.2 近喘振工况下压气机气动噪声机理分析 |
5.3 极限工况下压气机气动噪声特性研究 |
5.3.2 极限工况下压气机气动噪声特性 |
5.3.3 极限工况下压气机气动噪声机理分析 |
5.4 本章小结 |
第6章 进气管路结构对压气机气动噪声特性的影响 |
6.1 FEM在气动噪声预测中的应用 |
6.1.1 声学有限元方法 |
6.1.2 基于FEM的噪声预测模型 |
6.1.3 FEM和 BEM对比 |
6.2 进气消声器对压气机气动噪声特性的影响 |
6.2.1 消声器结构及性能 |
6.2.2 消声器结构对压气机性能及流场的影响 |
6.2.3 消声器结构对压气机气动噪声的影响 |
6.2.4 进气消声器插入损失的数值计算 |
6.3 连接管段对压气机气动噪声特性的影响 |
6.3.1 数值计算模型及验证 |
6.3.2 压气机运行工况的影响 |
6.3.3 管路截面变化的影响 |
6.4 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 |
(3)基于边界元的声学、声振问题结构形状与拓扑优化算法研究(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 等几何分析 |
1.2.2 声学边界元及灵敏度分析 |
1.2.3 结构优化设计及噪声控制 |
1.2.4 有限元-边界元(FEM-BEM)声振耦合分析及结构拓扑优化设计 |
1.3 本文研究目标及内容安排 |
第2章 基于等几何宽频快速多极边界元算法的二维声学结构形状优化设计 |
2.1 引言 |
2.2 二维等几何宽频快速多极边界元算法 |
2.2.1 二维声学等几何边界元 |
2.2.2 宽频快速多极边界元 |
2.3 形状灵敏度分析 |
2.3.1 直接微分法 |
2.3.2 伴随变量法 |
2.4 二维声学结构形状优化设计 |
2.5 数值算例 |
2.5.1 声场分析 |
2.5.2 灵敏度分析 |
2.5.3 形状优化 |
2.6 本章小结 |
第3章 基于等几何边界元的三维声学结构形状优化设计 |
3.1 引言 |
3.2 三维声学等几何边界元算法 |
3.2.1 NURBS曲面 |
3.2.2 三维声学边界元 |
3.2.3 非连续B(?)zier单元 |
3.2.4 几何参数空间与物理参数空间相互独立 |
3.3 形状灵敏度分析 |
3.3.1 直接微分法 |
3.3.2 伴随变量法 |
3.4 三维声学结构形状优化设计 |
3.5 数值算例 |
3.5.1 声场分析 |
3.5.2 灵敏度分析 |
3.5.3 形状优化 |
3.6 本章小结 |
第4章 基于等几何边界元的三维声学结构联合优化设计 |
4.1 引言 |
4.2 阻抗边界条件 |
4.3 形状灵敏度分析 |
4.3.1 直接微分法 |
4.3.2 伴随变量法 |
4.4 拓扑灵敏度分析 |
4.4.1 直接微分法 |
4.4.2 伴随变量法 |
4.5 三维声学结构吸声材料分布拓扑优化设计 |
4.6 三维声学结构联合优化设计 |
4.7 数值算例 |
4.7.1 灵敏度分析 |
4.7.2 拓扑优化 |
4.7.3 联合优化 |
4.8 本章小结 |
第5章 基于有限元-边界元耦合方法的三维声学结构材料分布拓扑优化设计 |
5.1 引言 |
5.2 有限元-边界元耦合分析 |
5.2.1 结构振动分析 |
5.2.2 声场分析 |
5.2.3 耦合分析 |
5.2.4 辐射声功率 |
5.3 拓扑灵敏度分析 |
5.3.1 材料设计模型 |
5.3.2 伴随变量法 |
5.4 吸声材料拓扑分布 |
5.4.1 耦合分析 |
5.4.2 灵敏度分析 |
5.5 材料分布拓扑优化模型 |
5.6 频带插值分析 |
5.6.1 Lagrange插值 |
5.6.2 Chebyshev插值 |
5.6.3 频带拓扑优化模型 |
5.7 数值算例 |
5.7.1 拓扑优化 |
5.7.2 频带插值分析 |
5.8 本章小结 |
第6章 工作总结与研究展望 |
6.1 工作内容总结 |
6.2 工作创新点总结 |
6.3 研究展望 |
参考文献 |
附录A 奇异积分推导 |
A.1 二维声学边界元奇异积分 |
A.1.1 声场分析 |
A.1.2 灵敏度分析 |
A.2 三维声学边界元奇异积分 |
A.2.1 声场分析 |
A.2.2 灵敏度分析 |
附录B BeTSSi潜艇建模 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(4)环境载荷对弹性边界条件下板壳结构声学性能影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外相关工作研究进展 |
1.2.1 结构声辐射计算方法概述 |
1.2.2 温度和力载荷下结构声振问题研究进展 |
1.2.3 附加弹簧质量系统的结构声振问题研究进展 |
1.2.4 损伤对结构声振性能影响研究进展 |
1.3 本文主要研究思路 |
2 弹性边界条件下板壳结构振动声辐射性能计算 |
2.1 引言 |
2.2 板梁模型 |
2.2.1 Mindlin板单元 |
2.2.2 空间梁单元 |
2.2.3 偏心梁 |
2.2.4 弹性基础模型 |
2.3 结构声辐射性能计算模型 |
2.4 约束条件对加筋板振动声辐射性能的影响 |
2.4.1 约束条件对加筋板振动性能的影响 |
2.4.2 约束条件对加筋板声辐射性能的影响 |
2.5 内部约束刚度对板-圆柱壳耦合结构声辐射性能的影响 |
2.5.1 连接刚度对加筋板-圆柱壳耦合结构振动声辐射性能的影响 |
2.5.2 周期性加筋对板-圆柱壳耦合结构声辐射性能的影响 |
2.6 小结 |
3 力载荷下弹性边界板壳结构声学性能分析及宽频带隙设计 |
3.1 引言 |
3.2 面内力作用下加筋板结构振动声学性能分析 |
3.2.1 计算模型 |
3.2.2 数值结果分析 |
3.3 静压力下加筋板结构隔声性能计算 |
3.3.1 计算模型 |
3.3.2 数值结果分析 |
3.4 静(水)压下加筋板-圆柱壳耦合结构声学性能计算 |
3.4.1 应力刚度矩阵 |
3.4.2 数值结果分析 |
3.5 局部共振结构宽带隙设计及声学性能分析 |
3.5.1 局部共振结构带隙性能计算 |
3.5.2 局部共振结构宽带隙设计及声学性能计算 |
3.5.3 局部共振带隙板-圆柱壳耦合结构声学性能计算 |
3.5.4 多带隙局部共振结构隔声性能计算 |
3.6 小结 |
4 热载荷下弹性边界板结构声辐射性能计算 |
4.1 引言 |
4.2 计算模型 |
4.3 数值计算结果 |
4.3.1 模型验证 |
4.3.2 层合板临界频率影响因素 |
4.3.3 局部热载荷下板结构振动性能分析 |
4.3.4 局部热载荷下板结构声辐射性能分析 |
4.4 小结 |
5 力-热载荷引起的结构损伤对圆柱壳声辐射性能影响分析 |
5.1 引言 |
5.2 计算模型 |
5.2.1 圆柱壳刚度矩阵 |
5.2.2 刚度退化模型 |
5.2.3 声辐射性能计算 |
5.3 温度和静压载荷下加筋圆柱壳应力分析 |
5.4 损伤对加筋圆柱壳结构振动声辐射性能影响分析 |
5.5 小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
致谢 |
作者简介 |
(5)三维层状半空间地震波散射新型间接边界积分方程法(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 研究进展及存在问题 |
1.2.1 层状半空间三维地震波散射研究方法进展 |
1.2.2 单相层状半空间三维地震波散射研究进展及存在问题 |
1.2.3 饱和层状半空间三维地震波散射研究进展及存在问题 |
1.2.4 含复杂局部场地层状半空间地震波散射研究进展及存在问题 |
1.3 本文工作内容及创新点 |
1.3.1 本文工作内容 |
1.3.2 本文创新点 |
第2章 层状半空间自由场反应 |
2.1 引言 |
2.2 自由场求解方法 |
2.2.1 单相层状半空间自由场求解方法 |
2.2.2 饱和半空间自由场求解方法 |
2.2.3 饱和层状半空间自由场求解方法 |
2.3 层状半空间地表位移幅值 |
2.3.1 单相层状半空间地表位移幅值 |
2.3.2 饱和层状半空间地表位移幅值 |
2.4 本章小结 |
第3章 三维单相层状半空间地震波散射新型间接边界积分方程法 |
3.1 引言 |
3.2 三维单相层状半空间模型 |
3.3 三维单相层状半空间地震波散射新型间接边界积分方程法建立 |
3.3.1 三维单相层状半空间自由场求解 |
3.3.2 三维单相层状半空间散射场构造 |
3.3.3 三维单相层状半空间格林函数 |
3.3.4 边界条件 |
3.4 方法准确性验证 |
3.4.1 退化为均匀半空间中凹陷与现有文献结果对比 |
3.4.2 退化为均匀半空间中孔洞与现有文献结果对比 |
3.4.3 层状半空间中3-D凹陷地表位移幅值与现有文献结果对比 |
3.4.4 计算方法收敛性验证 |
3.5 算例分析 |
3.5.1 含球形孔洞层状半空间上部地表位移响应 |
3.5.2 含球形孔洞层状半空间上部地表位移幅值谱 |
3.5.3 含椭球形孔洞的层状半空间地表面位移响应 |
3.5.4 含凹陷地形层状半空间地表面位移响应 |
3.5.5 含不规则凹陷的层状半空间地表位移响应 |
3.6 本章小结 |
第4章 三维饱和层状半空间地震波散射新型间接边界积分方程法 |
4.1 引言 |
4.2 三维饱和层状半空间模型 |
4.3 三维饱和层状半空间地震波散射新型间接边界积分方程法建立 |
4.3.1 Biot理论 |
4.3.2 三维饱和层状半空间自由场 |
4.3.3 三维饱和层状半空间散射场构造 |
4.3.4 三维饱和层状半空间格林函数 |
4.3.5 边界条件 |
4.4 方法准确性验证 |
4.4.1 退化为均匀半空间中三维凹陷模型验证 |
4.4.2 退化为层状半空间中三维凹陷模型验证 |
4.4.3 方法收敛性验证 |
4.5 算例分析 |
4.5.1 饱和层状半空间中三维凹陷周围的地表位移响应 |
4.5.2 饱和层状半空间中三维凹陷周围的地表位移频谱响应 |
4.5.3 较薄覆盖层饱和层状半空间中三维凹陷周围的地表位移响应 |
4.5.4 较薄覆盖层饱和层状半空间中三维凹陷周围的地表位移频谱响应 |
4.5.5 饱和层状半空间中三维椭圆凹陷周围地表位移响应 |
4.6 本章小结 |
第5章 含复杂地形的层状半空间地震波散射新型有限元-边界元耦合模拟 |
5.1 引言 |
5.2 含复杂地形的层状半空间模型 |
5.3 含复杂地形的层状半空间地震波散射新型有限元-边界元耦合方法建立 |
5.3.1 三维不规则场地有限元法 |
5.3.2 含复杂地形的层状半空间散射场构造 |
5.3.3 含复杂地形的层状半空间间接边界积分方程法 |
5.3.4 边界耦合 |
5.4 方法准确性验证 |
5.4.1 退化为三维均匀半空间中沉积盆地模型验证 |
5.4.2 退化为三维两层沉积盆地模型验证 |
5.5 算例分析 |
5.5.1 层状半空间中线性波速模型沉积盆地地表位移响应 |
5.5.2 层状半空间中多层波速模型沉积盆地地表位移响应 |
5.5.3 层状半空间中复杂形状沉积盆地地表位移响应 |
5.6 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况 |
致谢 |
(6)饲草揉碎机外壳振动辐射噪声分析与优化(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 研究背景、目的及意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 揉碎机性能及内流场研究现状 |
1.3.2 振动噪声研究现状 |
1.3.3 离散元研究现状 |
1.4 研究内容概述 |
第二章 揉碎机内散碎物料-气流耦合流场数值模拟与分析 |
2.1 基于CFD的流场计算理论基础 |
2.1.1 流体动力学基本方程 |
2.1.2 流场数值计算湍流模型 |
2.1.3 多相流模型 |
2.2 计算流体力学CFD与离散元DEM耦合方法 |
2.2.1 离散元法 |
2.2.2 耦合方法 |
2.2.3 耦合流程 |
2.3 饲草揉碎机模型建立及流场网格划分 |
2.3.1 饲草揉碎机模型建立 |
2.3.2 几何清理 |
2.3.3 流场网格划分 |
2.3.4 网格质量检查及输出 |
2.4 稳态气流流场数值模拟与分析 |
2.4.1 空载稳态气流流场数值模拟 |
2.4.2 数值模拟结果与分析 |
2.5 非稳态散碎物料-气流两相流场数值模拟与分析 |
2.5.1 非稳态流场数值模拟设置 |
2.5.2 基于离散元的物料运动模拟设置 |
2.5.3 CFD-DEM耦合求解设置 |
2.5.4 散碎物料-气流耦合流场数值模拟结果与分析 |
2.5.5 散碎物料-气流耦合流场压力数据获取及分析 |
2.6 本章小结 |
第三章 饲草揉碎机外壳模态及谐响应分析 |
3.1 模态分析 |
3.1.1 模态分析理论基础 |
3.1.2 外壳自由模态分析 |
3.2 谐响应分析 |
3.2.1 谐响应分析理论基础 |
3.2.2 外壳谐响应分析 |
3.3 本章小结 |
第四章 外壳振动辐射噪声仿真分析与试验研究 |
4.1 声辐射理论基础 |
4.1.1 声学基础概念 |
4.1.2 声学波动方程 |
4.2 声学边界元理论 |
4.2.1 声学边界元法 |
4.2.2 基于有限元-边界元法的声固耦合 |
4.2.3 LMS Virtual.Lab软件简介 |
4.3 基于LMS的饲草揉碎机外壳振动噪声数值预测与分析 |
4.3.1 声学边界元网格划分 |
4.3.2 网格模型导入 |
4.3.3 数据映射转移 |
4.3.4 定义流体属性和场点网格 |
4.3.5 外壳振动噪声计算结果与分析 |
4.4 饲草揉碎机外壳振动噪声试验研究 |
4.4.1 试验准备及试验方法 |
4.4.2 振动噪声试验结果与分析 |
4.4.3 试验与仿真结果对比分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 外壳振动辐射噪声优化设计 |
5.1 振动辐射噪声的优化流程及平台 |
5.2 揉碎机振动辐射噪声多目标优化数学模型 |
5.2.1 多目标优化数学模型与求解 |
5.2.2 饲草揉碎机外壳振动噪声多目标优化模型 |
5.3 样本数据空间的生成 |
5.4 近似映射模型的建立 |
5.5 基于多目标遗传算法的优化求解 |
5.6 基于降低转速的振动噪声优化 |
5.7 本章小结 |
结论与展望 |
结论 |
展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文及研究成果 |
个人简历 |
(7)船舶结构流激噪声数值计算方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 水下辐射噪声数值计算研究意义 |
1.2 国内外流场模拟与流噪声数值计算研究进展 |
1.2.1 湍流场的数值模拟 |
1.2.2 脉动压力计算研究进展 |
1.2.3 声学类比理论与流噪声计算研究进展 |
1.2.4 声振耦合与流激噪声计算研究进展 |
1.2.5 小结 |
1.3 本文主要研究内容 |
1.4 本文研究框架 |
第2章 流激噪声脉动压力载荷特性计算研究 |
2.1 大涡模拟理论及控制方程 |
2.2 基于大涡模拟理论的锥柱壳流场数值计算 |
2.2.1 锥柱壳模型前处理 |
2.2.2 锥柱壳流场瞬态计算 |
2.3 基于重力式水洞的椎柱壳模型试验验证 |
2.3.1 试验模型与测点布置 |
2.3.2 模型试验的测试过程 |
2.3.3 模型试验测试结果分析 |
2.4 大涡模拟流场计算有效性验证 |
2.5 本章小结 |
第3章 流激线谱噪声与频带噪声计算方法研究 |
3.1 流激噪声计算理论 |
3.1.1 声学基本理论 |
3.1.2 流激噪声计算基本理论 |
3.2 基于声学FEM-AML技术的中低频流激线谱噪声计算 |
3.2.1 AML技术基本原理 |
3.2.2 流噪声计算与结果分析 |
3.2.3 流激噪声计算与结果分析 |
3.3 基于统计能量法的中高频流激频带噪声计算 |
3.3.1 统计能量法基本原理 |
3.3.2 基于统计能量法的流激频带噪声计算方法研究 |
3.4 流激线谱噪声与频带噪声计算方法有效性验证 |
3.4.1 基于重力式水洞法的水动力噪声模型试验 |
3.4.2 声学FEM-AML技术流激线谱噪声计算方法有效性验证 |
3.4.3 统计能量法流激频带噪声计算方法有效性验证 |
3.5 本章小结 |
第4章 全频流激频带噪声计算方法研究 |
4.1 全频流激频带噪声数值计算方法 |
4.1.1 权函数拟合法 |
4.1.2 基于权函数拟合法的全频段流激噪声程序开发 |
4.2 全频流激频带噪声计算流程 |
4.2.1 流激噪声脉动压力载荷获取 |
4.2.2 声学FEM-AML技术中低频线谱噪声计算 |
4.2.3 统计能量法中高频频带噪声计算 |
4.2.4 权函数拟合法计算全频流激频带噪声 |
4.3 本章小结 |
第5章 全频流激频带噪声计算方法应用研究 |
5.1 SUBOFF流激噪声脉动压力载荷特性分析 |
5.1.1 流场计算前处理 |
5.1.2 SUBOFF流场特性规律分析 |
5.1.3 SUBOFF流场计算有效性验证 |
5.2 SUBOFF在不同航速下流激噪声分布规律研究 |
5.2.1 SUBOFF不同航速下流激噪声数值计算 |
5.2.2 SUBOFF不同航速下流激噪声分布规律研究 |
5.3 结构阻尼对SUBOFF流激噪声的影响研究 |
5.3.1 阻尼对SUBOFF流激噪声分布的影响研究 |
5.3.2 阻尼对SUBOFF流激噪声的降噪效果分析 |
5.4 本章小结 |
结论 |
需进一步研究的问题 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(8)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 |
(9)舰船超材料结构设计方法与性能分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 负泊松比超材料结构研究现状 |
1.2.2 尺度细观力学分析研究现状 |
1.2.3 船舶浮筏隔振系统研究现状 |
1.2.4 潜艇结构减振技术研究现状 |
1.3 主要研究内容和创新点 |
1.3.1 本文主要研究内容 |
1.3.2 本文创新点 |
第二章 基于均匀化理论的负泊松比胞元构型力学性能分析 |
2.1 引言 |
2.2 理论研究 |
2.2.1 多尺度模型 |
2.2.2 静态问题的渐进展开法 |
2.2.3 动态问题的渐进展开法 |
2.2.4 Gibson负泊松比内六角超材料胞元力学特性理论 |
2.2.5 弹簧理论 |
2.3 数值计算 |
2.3.1 静力学特性分析 |
2.3.2 模态分析 |
2.3.3 仿真分析 |
2.4 本章小结 |
第三章 负泊松比超材料浮筏设计与减振机理研究 |
3.1 引言 |
3.2 负泊松比超材料浮筏设计基本理论 |
3.2.1 负泊松比内六角超材料胞元力学特性理论 |
3.2.2 浮筏系统动力学分析理论 |
3.3 超材料浮筏结构设计 |
3.4 超材料浮筏减振性能分析 |
3.4.1 超材料浮筏静力学性能 |
3.4.2 超材料浮筏的动力学性能 |
3.5 超材料浮筏减振机理分析 |
3.6 应用轻量化负泊松比超材料浮筏的实船舱室噪声分析 |
3.6.1 SEA理论分析 |
3.6.2 实船舱室噪声模型及计算 |
3.7 本章小结 |
第四章 负泊松比超材料双层圆柱壳声振性能分析 |
4.1 引言 |
4.2 基本理论 |
4.2.1 结构流体耦合振动方程 |
4.2.2 流体声辐射的边界元方程 |
4.3 轻量化超材料双层圆柱壳结构设计 |
4.4 轻量化超材料双层圆柱壳结构性能 |
4.4.1 超材料结构参数对静力学性能的影响 |
4.4.2 超材料结构参数对双层圆柱壳动力学性能的影响 |
4.5 超材料结构参数对声学性能的影响 |
4.6 本章小结 |
第五章 含负泊松比超材料构件潜艇振动与声辐射性能分析 |
5.1 引言 |
5.2 潜艇水下辐射噪声的声固耦合计算法 |
5.2.1 声学间接边界元方程 |
5.2.2 潜艇结构声固耦合动力学方程 |
5.3 含超材料构件的潜艇结构设计 |
5.3.1 尾部机舱的常规材料肋板与超材料肋板设计 |
5.4 不同设计方案下潜艇结构力学性能分析 |
5.4.1 潜艇结构静力学性能分析 |
5.4.2 潜艇结构动力学性能分析 |
5.4.3 潜艇水下声辐射性能分析 |
5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 主要研究内容与结论 |
6.1.1 主要研究内容 |
6.1.2 研究结论 |
6.2 后续研究展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 |
攻读硕士学位期间科研成果、获奖及专利情况 |
致谢 |
(10)开口复合材料层合板声振特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究概况 |
1.3 本文主要工作 |
2 开口复合材料层合板的自由振动特性分析 |
2.1 开口层合板的基本公式推导 |
2.2 基于Rayleigh-Ritz法的固有频率求解 |
2.3 数值分析与讨论 |
2.4 本章小结 |
3 开口复合材料层合板的振动功率流分析 |
3.1 开口层合板中的振动功率流 |
3.2 数值分析与讨论 |
3.3 本章小结 |
4 开口复合材料层合板的声辐射特性分析 |
4.1 开口层合板的声辐射理论 |
4.2 数值分析与讨论 |
4.3 本章小结 |
5 全文总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 未来工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录1 系统刚度矩阵与质量矩阵 |
附录2 攻读硕士期间发表的论文 |
四、NUMERICAL SIMULATION OF COUPLED STRUCTURAL- ACOUSTIC PROBLEMS USING FEM/IBEM(论文参考文献)
- [1]高精度数值方法的低速载货车驾驶室声振计算及不确定性研究[D]. 张娜. 西南大学, 2021(01)
- [2]船用涡轮增压器离心压气机气动噪声特性分析[D]. 刘晨. 哈尔滨工程大学, 2021(02)
- [3]基于边界元的声学、声振问题结构形状与拓扑优化算法研究[D]. 王杰. 中国科学技术大学, 2021(09)
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- [9]舰船超材料结构设计方法与性能分析[D]. 夏利福. 上海交通大学, 2019(06)
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