收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于波叠加法的结构声辐射优化设计及其应用研究

夏雪宝  
【摘要】:随着科学技术发展及工业现代化,噪声污染已日益加剧,严重影响到人们的身心健康,而对噪声源进行声辐射优化设计是最为直接有效的噪声控制手段。结构声辐射功率代表了结构向外辐射的声能量,而结构表面声辐射阻则表征了结构向外辐射声能量的能力,且其取决于结构表面形状。因此通过优化结构表面形状降低结构声辐射阻,使其成为弱辐射体是一种行之有效的声学优化设计方法。通过研究波叠加理论,提出一种克服特征波数处声场解非唯一性问题的声场计算方法——附加源波叠加法;基于波叠加理论推导构造了表征结构声辐射特性的声辐射阻矩阵,并设计声辐射阻测量装置对理论计算方法进行验证;基于此提出一种以结构表面声辐射阻为目标函数的声学形状优化方法,结合遗传算法进行优化,降低结构的声辐射能力;以某200 kW异步电机为对象,采用该声学形状优化方法进行声学优化设计,降低了电机的辐射噪声水平,验证该声学形状优化方法的有效性。主要的研究工作包括:(1)单极子波叠加法在求解声场时,由于单极子源位于辐射体内部封闭光滑曲面上,当分析波数等于特征波数时会出现声场解的非唯一性问题。基于波叠加法提出一种克服声场解非唯一性问题的方法——附加源波叠加法,通过在辐射体内部添加适量附加源来获得全波数域内声场的唯一解;以重构后体积速度相对误差为目标函数,对单极子源位置进行优化选取,可保证声场求解的精度。(2)设计了简支平板声学实验台架,对比两种实验条件下实验结果与波叠加法计算结果,验证了波叠加法的计算精度。保证激励力幅值不变,测试不同频率下简支平板的辐射声压与有限元法结合波叠加法求解得到的声压解进行对比验证;保证激励力频率及幅值不变,实验拾取平板表面加速度作为波叠加法输入条件求解的辐射声场与测得声场进行对比验证。结果表明,波叠加法计算具有非常高的计算精度。(3)基于波叠加理论,研究声场的声压、源强度和表面单元体积速度之间的关系,推导构造了表征结构声辐射特性的声辐射阻矩阵,并据此编写声辐射阻计算程序。设计了声辐射阻测量装置,以一端密封的扬声器模拟点声源,设计校准装置对模拟的点声源进行校准以获得该点声源的体积速度;以一传声器测量该点声源作用下其他单元表面声压,再根据声辐射阻定义,计算结构表面单元声辐射阻。针对典型声学结构,采用理论计算方法及实验测试方法分别计算得到其表面声辐射阻曲线,验证了理论计算方法的正确性。(4)针对结构声学形状优化时,结构表面形状难以构建参数化模型及优化迭代过程中需反复费时求解声功率的问题,提出一种以结构表面声辐射阻为目标函数的形状优化方法。该方法以一组结构模态振型叠加重构优化时的形状参数模型,以结构表面声辐射阻为目标函数避免复杂费时求解声辐射功率的问题,采用遗传算法优化振型权系数以获得最优结构形状,进而改变结构声辐射阻实现结构弱辐射,可有效降低结构辐射噪声水平。(5)针对某200 kW大型异步电机非线性部件(螺栓结合面、滚动轴承、定转子铁芯及绕组)难以建模的问题,分别采用基于德国标准VDI2230的螺栓结合面建模方法建立电机螺栓结合面模型、基于Hertz接触理论以弹簧阻尼单元模拟滚动轴承、以实体单元等效定转子铁芯及绕组,并对其进行仿真模态分析及试验模态分析,验证了电机有限元模型的正确性。(6)在建立精确的电机有限元模型的基础上,仿真计算其在电磁力作用下的振动响应及额定工况下的辐射声场,找出电机结构中辐射能量最大的面板部分。针对该面板结构,采用以声辐射阻为目标函数的形状优化方法进行了声学优化设计,达到改善电机声辐射性能、降低辐射噪声水平的目的。综上所述,通过研究波叠加法,采用添加附加单极子源的方式克服了传统波叠加法特征波数处解的非唯一性问题。基于波叠加法推导构造表征结构声辐射能力的声辐阻矩阵,并设计实验装置进行了验证。提出一种以声辐射阻为目标函数的声学形状优化方法,该方法有效避免了传统声学优化设计过程中需反复求解声辐射功率的问题,并结合遗传算法对结构进行声学形状优化设计。采用该形状优化方法对某200 kW电机进行声学优化设计,有效降低了电机整体辐射噪声水平,该方法对后续结构声学优化设计具有一定的指导意义。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 孙秀娜;张小凤;常国栋;汪艳;;粒子间耦合振动对液体中刚性球形粒子声辐射力的影响[J];南京大学学报(自然科学);2015年06期
2 张志志;王娟;焦俊杰;李淑英;;声辐射脉冲成像技术定量诊断弥漫性脂肪肝及评价水飞蓟宾磷脂复合物疗效的价值[J];中国药业;2015年07期
3 宋智广;张小凤;张光斌;;高斯波束对水中柱形粒子的声辐射力研究[J];压电与声光;2013年06期
4 陈金凤;;广西乐器用材研究初报[J];广西农学院学报;1988年02期
5 仪垂杰,杜树才,姜兴序;结构振动模态声辐射理论及试验研究[J];吉林工学院学报;1989年04期
6 衣云峰,何祚镛;风洞壁面上圆柱腔流激振荡和声辐射的研究[J];哈尔滨船舶工程学院学报;1989年04期
7 王景海,袁煦周;国外利用声辐射监视土坝的稳定性[J];水利水电技术;1982年01期
8 任惠娟;盛美萍;;圆板轴对称弯曲振动的模态声辐射效率[J];噪声与振动控制;2011年04期
9 汪鸿振,郭芃;用边界元法计算有反射面的结构体声辐射[J];声学技术;1999年04期
10 那振鹏;;低速切削木材的声辐射分析[J];木工机床;1985年04期
11 乔玉配;张小凤;;阻抗界面附近水下刚性柱形粒子的声辐射力[J];南京大学学报(自然科学);2017年01期
12 王惠;南彩玲;姚亚宁;马苏美;;声辐射力脉冲成像技术对过敏性紫癜性肾炎诊断价值[J];中国超声医学杂志;2016年01期
13 邓科;;基于加强表面栅结构的定向声辐射研究[J];中国科技信息;2016年05期
14 金清;赵明珠;;声辐射力脉冲成像技术在肝纤维化评估中的初步应用[J];上海医学影像;2011年03期
15 郝兴会;陈光冶;;颗粒层对声辐射抑制作用与数值模拟[J];噪声与振动控制;2008年06期
16 任惠娟;盛美萍;;加筋矩形薄板的平均声辐射效率[J];振动与冲击;2016年20期
17 左曙光;魏欢;严新富;李徐刚;;基于声辐射控制的板结构优化设计[J];同济大学学报(自然科学版);2012年01期
18 姜哲;声辐射问题中的模态分析:I理论[J];声学学报;2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈东梅;张小凤;张光斌;周京华;曹涛;;高斯波束对水中刚性球的声辐射力研究[A];2012'中国西部声学学术交流会论文集(Ⅱ)[C];2012年
2 林大楷;李晓东;;管道声辐射的高阶数值模拟[A];第十届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2005年
3 赵甜甜;林书玉;;声辐射力的研究方法及其应用[A];2017年西安-上海声学学会第五届声学学术交流会议论文集[C];2017年
4 贠倩;张小凤;;高斯波对液体中任意位置粒子声辐射力的研究[A];中国声学学会第十一届青年学术会议会议论文集[C];2015年
5 曾斯宁;陈思平;汪天富;覃正笛;;超声弹性成像编码激励产生声辐射力方法的研究[A];2010年超声医学和医学超声论坛会议论文集[C];2010年
6 刘金实;商德江;宋昊;刘永伟;;水下双层圆柱壳的声辐射预报数值方法研究[A];中国声学学会水声学分会2013年全国水声学学术会议论文集[C];2013年
7 邓晓峰;李贤徽;;外场声辐射问题的无网格法[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年
8 陈晓利;盛美萍;;经典平板声辐射效率公式在计算中的修正[A];2006’和谐开发中国西部声学学术交流会论文集[C];2006年
9 史菁尧;张小凤;;充液柱形腔内粘弹性双层球的声辐射力[A];中国声学学会2017年全国声学学术会议论文集[C];2017年
10 吕世金;黎胜;朱正道;杨婧媛;;双层加肋圆柱壳近场声辐射预报及模型试验分析[A];第十三届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 夏雪宝;基于波叠加法的结构声辐射优化设计及其应用研究[D];武汉理工大学;2018年
2 吴绍维;自由场结构声辐射的波叠加和无网格数值计算方法研究[D];武汉理工大学;2017年
3 高宏林;基于频率均方声压法的声辐射计算方法研究[D];大连理工大学;2018年
4 于丹竹;基于降阶模型和声压反馈的结构振动声辐射主动控制方法研究[D];大连理工大学;2017年
5 赵志高;结构声辐射的机理与数值方法研究[D];华中科技大学;2005年
6 李林凌;计及气固耦合声辐射理论与应用研究[D];华中科技大学;2005年
7 李普;结构振动声辐射系统鲁棒H_∞控制研究[D];东南大学;2001年
8 梁兴雨;内燃机噪声控制技术及声辐射预测研究[D];天津大学;2006年
9 靳国永;结构声辐射与声传输有源控制理论与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
10 黎胜;水下结构声辐射和声传输的数值分析及主动控制模拟研究[D];大连理工大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张波;船舶水下辐射噪声预报方法与试验研究[D];武汉理工大学;2018年
2 江涛;声波对水中球形粒子声辐射力的研究[D];陕西师范大学;2018年
3 耿宁烨;波达方向估计与结构声辐射表面贡献研究[D];大连理工大学;2018年
4 刘程鹏;结构声辐射的倏逝波滤波技术及应用研究[D];大连理工大学;2018年
5 赵峰;矩形板声振特性研究[D];大连理工大学;2018年
6 黄河;有限长充液圆柱壳管口声辐射有源控制理论与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2017年
7 高莎;艾利波对圆柱形粒子的声辐射力研究[D];南京大学;2018年
8 郭琴;有源声辐射控制的误差传声器布放位置研究[D];南京大学;2018年
9 戚萌;大张角环状聚集换能器对生物组织温度场和声辐射力影响的研究[D];南京大学;2018年
10 贾培栋;基于工况数据的复杂结构远场声辐射实时预估方法[D];北京邮电大学;2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978