结构体弹性碰撞噪声辐射的实验与数值仿真研究

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结构体的碰撞是工业噪声产生的主要原因之一,并且由于碰撞噪声具有极高的瞬态声压峰值,对周围的设备和人群都会产生不良影响。而在实际工程应用中,结构之间由于碰撞产生的噪声常常无可避免。要想对碰撞噪声进行有效的控制,首先需要了解结构体碰撞噪声的产生机理及辐射规律。本文基于实验和数值仿真的方法,对结构体碰撞噪声的产生及辐射规律展开了研究。并且针对影响结构体碰撞噪声辐射的有关因素进行了数值研究。首先,文章对结构体碰撞噪声辐射问题中涉及到的相关理论进行了简要介绍,主要包含接触碰撞动力学和声波辐射基本理论。在接触碰撞动力学理论中阐述了动力学的三大控制方程(平衡微分方程、几何方程和物理方程)和不同边值问题对应的边界条件,并根据动力学的控制方程和边界条件再次推导了接触碰撞问题中数值解法的控制方程。对于噪声辐射理论,主要介绍了声波的三大基本方程、声学波动方程的推导以及声学边界条件,其中三大基本方程分别为声波连续方程、声波运动方程和声波状态方程。然后,以弹性球的碰撞噪声辐射作为一个典型案例来探讨结构体碰撞噪声辐射的产生机理和辐射规律。利用动力学软件LS-DYNA和声学软件LMS Virtual Lab.分别模拟了弹性球的碰撞过程和噪声辐射过程,并得到了弹性球碰撞的动力学响应结果和瞬态噪声辐射声场。通过分析数值结果,发现球体的刚体加速度是噪声产生的主要原因。此外,为了验证弹性球碰撞噪声辐射数值模型的有效性,设计并搭建实验平台,对弹性球碰撞噪声辐射展开了实验研究。通过实验研究获得了碰撞噪声辐射声场不同位置处的声压时间曲线,将声压曲线与数值模型中对应位置处的声压曲线进行比较发现二者基本吻合,从而验证了数值模型的有效性。接着,基于弹性球碰撞噪声辐射的数值模型分别研究了主动球初始碰撞速度、被动球初始间隙以及被动球数目对球体碰撞噪声辐射的影响。此外,为了获得各影响因素的对弹性球碰撞噪声的影响大小,本文结合正交试验设计方法对各影响因素进行了敏感性分析。通过对结果进行处理与分析发现,初始碰撞速度对球体碰撞噪声的影响最大,且辐射声场的声压幅值与初始碰撞速度成正比;而被动球之间的初始间隙对球体碰撞噪声的影响最小。最后,文章基于碰撞噪声辐射问题的研究方法,展开了轿车关门碰撞噪声辐射的研究。结合动力学软件LS-DYNA和声学软件LMS Virtual Lab.建立了关门碰撞噪声辐射的数值模型,重现了关门碰撞噪声的产生及辐射过程。并利用关门碰撞噪声辐射的数值模型,分别研究了车门关闭速度、车门密封胶条材料和车门外板材料对关门碰撞噪声的影响。数值结果表明了轿车关门碰撞噪声对车门关闭速度和密封胶条的材料比较敏感,而汽车外板材料对汽车关门碰撞噪声几乎没有影响。
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