机械结构振动噪声的仿真
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摘要
在设计阶段对机械的振动与噪声进行分析和仿真是实现机械产品低噪声设计的重要环节。本文的研究目的在于，从对机械结构的振动的研究开始，深入到对由振动引起的噪声辐射的研究，计算得到相应的声压场，并据此实现对机械振动噪声的虚拟再现。本文研究的意义和创新之处在于，实现了从机械的振动分析到噪声声场计算，以及声音的可听化的完整仿真过程，为振动与噪声仿真的研究提供了有意义的新思路，推进了振动与噪声控制的研究。在论文中对现有的解决振动噪声问题的各种数值分析方法、各类分析软件和噪声仿真的其他各个环节做了细致的归纳和总结。论文的主要内容包括：
对振动和噪声的基础理论进行了概述，并建立了结构振动噪声声场分析计算的流程图。
以封闭鼓形薄壳为分析对象，运用有限元法分析了其的动态特性及振动响应；同时在分析了封闭鼓形薄壳空气内腔的声学模态的基础上，对其进行了声固耦合分析；并作了该结构模型的外场声固耦合谐响应分析。
综合介绍了边界元法在声辐射问题上的理论及应用；并给出了运用边界元法分析软件求解振动声辐射问题的过程。
阐述了有限元法和边界元法的耦合理论及组合分析方法，并以封闭鼓形薄壳为分析对象进行了相应的分析。
利用数字计算软件编制了噪声数据模拟程序，并模拟了通过组合方法分析封闭鼓形薄壳瞬态响应声场而获得一关键点的声压数据，实现声音的可听化，随后通过虚拟现实工具实现了该情形下椭球壳振动噪声的虚拟仿真。
最后综合运用有限元法和边界元法分析了某型齿轮箱箱体的振动声辐射，并在此基础上完成了箱体振动噪声的整个仿真过程。
The analysis and simulation to the mechanical vibration and noise is an important part of realizing low-noise design of mechanical product in the design stage. The research of this paper starts from mechanical vibration, then goes deep into the noise radiation caused by vibration and calculates the relevant acoustic and pressure field. The purpose of this research lies in the virtual reality of the mechanical vibration and noise based on the above acoustic and pressure field. The meaning and innovation of this research is that it finished the study from the analysis of mechanical vibration to the computation of the noise acoustic field, and the whole simulation of the noise. It provided the meaningful new thoughts for the research of vibration and noise simulation, and promoted the research of the vibration and noise control. This paper also concluded kinds of numerical analysis methods and kinds of analysis software of solving the vibration and noise problem, and had a detailed presentation about the other parts of the noise simulation. The main content of this paper contains:
Summarizing the foundational theory of vibration and noise, and establishing the analysis and computation flow chart of noise acoustic field of mechanical vibration;
Taking a close drum shell as the research object, analyzing its dynamic characteristics and vibration response using finite element method, then going with the structural-acoustic coupling analysis based on the acoustic model analysis of the aerial intracavity of the close drum shell. It also does the structural-acoustic coupling harmonic response analysis with the external field of this model.
Introducing the theory and application of boundary element method on the sound radiation, giving the process of solving vibration noise radiation problem using boundary element analysis software;
Presenting the coupling theory and the combination analysis of finite element method and boundary element method, and doing relevant analysis based on close drum shell;
Programming the noise data simulation program using the numerical calculation software, simulating the acoustic and pressure data of a key point in the transient response acoustic field of the close drum shell, realizing the audibility of the noise, using the virtual reality tools to simulate the vibration noise of the drum shell;
Combining the finite element method and boundary element method to analyze the vibration noise radiation of some gear box, and completing the whole simulation process of the vibration noise of the gear box.
对振动和噪声的基础理论进行了概述，并建立了结构振动噪声声场分析计算的流程图。
以封闭鼓形薄壳为分析对象，运用有限元法分析了其的动态特性及振动响应；同时在分析了封闭鼓形薄壳空气内腔的声学模态的基础上，对其进行了声固耦合分析；并作了该结构模型的外场声固耦合谐响应分析。
综合介绍了边界元法在声辐射问题上的理论及应用；并给出了运用边界元法分析软件求解振动声辐射问题的过程。
阐述了有限元法和边界元法的耦合理论及组合分析方法，并以封闭鼓形薄壳为分析对象进行了相应的分析。
利用数字计算软件编制了噪声数据模拟程序，并模拟了通过组合方法分析封闭鼓形薄壳瞬态响应声场而获得一关键点的声压数据，实现声音的可听化，随后通过虚拟现实工具实现了该情形下椭球壳振动噪声的虚拟仿真。
最后综合运用有限元法和边界元法分析了某型齿轮箱箱体的振动声辐射，并在此基础上完成了箱体振动噪声的整个仿真过程。
The analysis and simulation to the mechanical vibration and noise is an important part of realizing low-noise design of mechanical product in the design stage. The research of this paper starts from mechanical vibration, then goes deep into the noise radiation caused by vibration and calculates the relevant acoustic and pressure field. The purpose of this research lies in the virtual reality of the mechanical vibration and noise based on the above acoustic and pressure field. The meaning and innovation of this research is that it finished the study from the analysis of mechanical vibration to the computation of the noise acoustic field, and the whole simulation of the noise. It provided the meaningful new thoughts for the research of vibration and noise simulation, and promoted the research of the vibration and noise control. This paper also concluded kinds of numerical analysis methods and kinds of analysis software of solving the vibration and noise problem, and had a detailed presentation about the other parts of the noise simulation. The main content of this paper contains:
Summarizing the foundational theory of vibration and noise, and establishing the analysis and computation flow chart of noise acoustic field of mechanical vibration;
Taking a close drum shell as the research object, analyzing its dynamic characteristics and vibration response using finite element method, then going with the structural-acoustic coupling analysis based on the acoustic model analysis of the aerial intracavity of the close drum shell. It also does the structural-acoustic coupling harmonic response analysis with the external field of this model.
Introducing the theory and application of boundary element method on the sound radiation, giving the process of solving vibration noise radiation problem using boundary element analysis software;
Presenting the coupling theory and the combination analysis of finite element method and boundary element method, and doing relevant analysis based on close drum shell;
Programming the noise data simulation program using the numerical calculation software, simulating the acoustic and pressure data of a key point in the transient response acoustic field of the close drum shell, realizing the audibility of the noise, using the virtual reality tools to simulate the vibration noise of the drum shell;
Combining the finite element method and boundary element method to analyze the vibration noise radiation of some gear box, and completing the whole simulation process of the vibration noise of the gear box.
引文
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