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圆柱壳体的振动与声辐射

陈乐  
【摘要】: 现代城市轨道交通的飞速发展给沿线居民的生活带来了不可避免的环境振动和噪声污染问题。随着人们对生活环境要求的不断提高,这一问题越来越引起有关部门的重视。对于轨道交通中的高架桥,广泛使用的桥梁截面形式为箱形。这种结构形式有类似于音乐器材鼓的特性,在列车运行时产生的低频结构噪声污染非常严重。 箱形梁的振动引起声辐射问题本质上是结构流固耦合声辐射问题。这一问题一直是结构声学和控制领域的前沿问题,也是各国学者公认的难点问题。工程上,两端开口的箱形结构由四块板组成,板的厚度相对于箱形梁的长度和宽度来说较小,在理论上可以简化为薄壁板壳。在分析和处理上,箱形截面的薄壁壳体比起圆柱壳体要复杂得多,也困难得多。而在实质上,二者的振动致声问题都属于流固耦合问题。所以,一方面为了研究的方便,另一方面为了给高架轨道箱形梁结构噪声的研究工作打下一定的基础,本文以圆柱壳体为研究对象,主要做了如下工作: 1.简要介绍莱斯纳理论下薄壳振动的基本方程和圆柱壳体振动的基本方程。指出不同的薄壳振动理论之间只有较小量级的差别。 2.利用有限元软件对一两端封口的圆柱壳体进行了模态分析,得到了的各阶频率和对应的振型。从振型上看,圆柱壳体自由振动时的振型可以分为轴向振型、壳弯曲振型、梁弯曲振型和扭转振型等。 3.采用Kennard壳体振动理论,应用波数域法得到了内外充满空气的无限长圆柱壳体在单个固定简谐荷载作用下的波数域速度,然后运用数学中的稳相法得到了该类壳体远场声辐射的解析表达式。 4.通过数学编程得到了远场声压级在不同观察点随频率的变化曲线,研究了壳体的结构阻尼比、激励幅值、弹性模量、壳体半径、壳体内部流体等因素对辐射声压级的影响。 最后,在总结全文工作的基础上,提出了今后尚需进一步深入研究的问题。


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