振动声学仿真培训 李红
振动分析培训计划
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振动试验理论基础与方法培训
申 奥
2.1.3 电动振动台原理 励磁线圈如图示 2-2 在振动台台体内建立磁场，励磁线圈与直流电源相连，在环行气隙里产生一个高磁
通量。动圈部件，包括台面、骨架和驱动线圈，悬挂在振动台的环行气隙里，当交流电流通过驱动线圈时， 电磁力会在驱动线圈的绕组上产生，使得台面产生向上和向下的往复移动，如图示 2-2 中双向箭头处显示。 台面的移动量取决于振动控制器输出的驱动信号的大小和频率以及扩展台面（如果有的话）的质量、所加的 负载质量和台面悬挂系统的刚度。
根据输出信号不同，分为常规电荷压电和 ICP 压电传感器。
奥 b 压阻式加速度传感器，自发式传感器，其电阻的变化与所承受的机械应力成正比。
c 变电容式加速度传感器，其电容的变化与所承受的机械应力成正比。 （3）按功能分：控制传感器、监测传感器。
测 2.2.3 结构 加速度传感器通常由质量块、阻尼器、弹性元件（弹簧）、敏感元件和适调电路等部分组成，在加速过 程中，通过测量质量块所受的惯性力，利用牛顿第二定律获得加速度。
3.8 响应监测与分析 3.8.1 频率响应分析 系统在外激振作用下发生振动响应，通过采集反馈的振动输出信号，分析各振动参量在频率域的响应信号， 包括加速度频响、速度频响、位移频响。
3.8.2 共振分析 （1）目的：分析在测试振动频率范围，夹具或试样是否发生共振，及固有频率。
敷设声学覆盖层的圆柱壳体腔内噪声仿真分析
内 ，则 会引 起 结 构 和 精 密 仪 器 的 损 坏 、【六］此 ，奉 义 以 某 飞 机 机 身 为 研 究 对 象 ，将 其 等 效 为 柱 壳 ，对 飞 机 舱 内 噪 声 进 行 仿 真 分 析
目前 对 噪 声 的 控 制 主 要 采 用 在 结 构 表 面 粘 贴 阻 尼 减 振 材 料 、隔 声 材 料 、吸 声 材 料 的 被 动 控 制 方 法 来 达 到 减 弱 噪 声 的 目的 。 陈美 霞 将 粘 弹性 阻尼 材料 敷设 到 圆 柱 壳 表 面 ，详 细 讨 论 了 阻 尼 层 厚 度 、弹 性 模 量 、损 耗 子 等 参 数 对 双层 酬
氰 胺 泡 沫 低 频 仍 有 一 定 的 降 噪 能 力 。 国 内 外 针 对 声 学 敷 没材 料 降噪 特性 的研 究 较 多 ，但 均 是 埘 具 有 不 同参 数 的 单 一 多孔材料 降噪特性进 行研究 ，对 同种类 多孑Ｌ材料 的降噪 特 性 的 埘 比研 究较 少 。
２．２ 实 验 测 试 结 果 及 分 析
陶 ２为 圆柱 壳 体 纳 构 内 、外 响 应 ＝ 分 之 －１ 频
【Ｉｔ
图 可 知 ，外部 载 倚 总 体
响 应 总 体 声 级 （Ｌ）为 ｌ０１．４２ｄＢ，敷 设 ３０ｍｎ１ 聚 氖 做 泡 淋
振动试验培训计划
振动试验培训计划一、培训背景分析随着工业技术的不断创新和发展，振动试验技术在工程领域中得到了广泛应用。
振动试验是通过模拟真实环境中的振动情况，对产品的振动性能进行测试和评估，以保证产品的可靠性和耐久性。
因此，对振动试验技术进行系统的培训，提高工程技术人员的振动试验能力，对于提高企业产品质量、保障工程安全、降低生产成本具有重要意义。
本次培训将从振动试验的基本概念和原理入手，介绍振动试验的基本流程和方法，并结合实际案例进行深入讲解，帮助参训人员全面了解振动试验技术，掌握振动试验的基本技能，提高振动试验的应用水平。
二、培训目标1. 理解振动试验的基本概念和原理；2. 掌握振动试验的基本流程和方法；3. 熟悉常见的振动试验设备和仪器的使用；4. 能够根据产品特点设计合理的振动试验方案；5. 能够准确分析振动试验的数据和结果，提出合理的改进措施。
三、培训内容1. 振动试验的基本概念和原理1.1 振动试验的定义和分类1.2 振动试验的基本原理1.3 振动试验的应用领域和重要性2. 振动试验的基本流程和方法2.1 振动试验前的准备工作2.2 振动试验中的操作技巧2.3 振动试验后的数据处理和分析3. 振动试验设备和仪器的使用3.1 振动台的结构和工作原理3.2 加速度计、振动传感器等仪器的使用方法3.3 振动试验中常见故障的排除方法4. 振动试验方案的设计与优化4.1 根据产品特点制定合理的振动试验方案4.2 振动试验参数的选择和调整4.3 振动试验过程中的监控和调整5. 振动试验数据分析和改进措施5.1 振动试验数据的采集和记录5.2 振动试验结果的分析和评估5.3 根据振动试验结果提出产品改进建议四、培训方法1. 理论讲解：通过专家学者的讲解，系统介绍振动试验的基本概念、原理和方法。
2. 实践操作：组织参训人员参与振动试验设备的操作和实验环节，加强实际操作技能。
3. 案例分析：结合实际案例，分析振动试验过程中遇到的问题，讨论解决方案。
声学所导师硕士招生方向及邮箱汇总
信号与信息处 多媒体信息处理 理 声学 声学 声学 噪声控制 物理声学
中国科学院噪声与振动 音频声学 重点实验室 中国科学院噪声与振动 音频声学 重点实验室 中国科学院噪声与振动 音频声学 重点实验室 中国科学院噪声与振动 音频声学 重点实验室
声场智能控制/声信号 tian@mail.ioa.ac 处理 .cn
信号与信息处 声场的信号处理 理 信号与信息处 声场的信号处理 理 声学 水声物理
信号与信息处 声场的信号处理 理 声学 水声物理
信号与信息处 水声信号处理/阵列信 hhn@mail.ioa.ac. 理 号处理 cn 信号与信息处 水声信号处理 理 信号与信息处 水声信号处理 理 lqh@ocean.ioa.ac .cn lsq@mail.ioa.ac. cn
所属学科 水声学 水声学 水声学 水声学 水声学 水声学 水声学 水声学 水声学 水声学 水声学 水声学 水声学
职称 研究员 研究员 研究员 研究员 研究员 院士 研究员 研究员 副研究员 研究员 研究员 研究员 研究员
招生专业
学术型硕士招生方向
招生邮箱 glh2002@mail.ioa lfh@mail.ioa.ac. cn lzhl@mail.ioa.ac .cn pzh@mail.ioa.ac. cn whb@mail.ioa.ac. cn zrh@mail.ioa.ac. cn shi_zhou@yahoo.c gzx@mail.ioa.ac. cn guoyg@mail.ioa.a huangxd@mail.ioa lhw@mail.ioa.ac. cn lwy@mail.ioa.ac. cn wlx@mail.ioa.ac. cn
信号与信息处 水声信号处理 理 声学 声学 声学 水声物理 水声物理 水声物理
振动控制-主动、半主动
目录0．前言 (1)0．1 结构振动控制研究与应用概况 (1)1．结构振动主动控制、半主动控制 (2)2．结构振动控制分类 (3)3．各类控制系统构造及性能 (4)3．1 结构振动主动控制概述 (4)3．1．1 主动控制控制原理 (5)3．1．2 加力方式及加力位置 (7)3．1．3 控制装置 (8)3．2 结构振动半主动控制概述 (8)4．结构振动主动控制、半主动控制算法 (11)4．1 主动控制算法 (12)4．1．2 几种算法的简单介绍 (13)4．2 半主动控制算法 (21)4．3 智能控制算法 (22)5．结构主动、半主动控制系统分析方法及设计方法 (24)5．1 主动控制系统的最优控制力设计与分析 (25)5．1．1 主动控制系统的最优控制力设计 (25)5．1．2 主动最优控制力和受控反应特征分析 (26)5．2 结构主动变阻尼和智能阻尼控制系统的最优控制力设计与分析 (30)5．2．1半主动最优控制力设计 (31)5．2．2系统反应分析 (36)5．3 结构主动变刚度控制系统的最优控制力设计与分析 (37)5．3．1主动变刚度最优控制力设计 (37)5．3．2系统反应分析 (40)6．结构振动主动控制、半主动控制系统的工程应用 (41)6．1 AMD控制系统的工程应用 (41)6．2 结构主动变刚度控制系统的工程应用 (41)6．3 结构主动变阻尼控制系统的工程应用 (42)6．4 其他结构振动控制系统的工程应用 (42)7．研究展望 (43)7．1 结构振动主动控制、半主动控制的研究与发展方向 (43)7．2 结构振动控制的有待研究的问题 (43)8．结语 (43)参考文献 (44)主动控制、半主动控制综述0．前言0．1 结构振动控制研究与应用概况结构振动控制技术与传统的依靠结构自身强度、刚度和延性来抵抗地震作用的做法不同，通过在结构中安装各种控制装置，从而达到减小结构地震反应、保障结构地震安全的目的。
数值仿真工具在“机械振动学”课程教学中的应用
数值仿真工具在“机械振动学”课程教学中的应用作者：俎群马驰骋李欣业刘硕来源：《科技风》2024年第16期摘要：随着科学技术发展，数值仿真模拟为抽象理论知识的学习及应用提供了可视化、低成本、高效率之新途径。
基于ABAQUS有限元软件，以复杂服役环境下DF17导弹振动抑制为工程背景，以梁的横向振动模态为研究对象，分别模拟计算五种常见梁的前三阶横向振动固有频率及振型。
与理论推导结果对比，进行误差分析，验证梁模型的适用条件。
数值仿真模拟与理论学习的有机结合将有效强化学生对振动基本理论的理解，提高先进工具应用能力和问题分析能力。
关键词：数值仿真；机械振动；课程教学；模态分析中图分类号：G642文獻标识码：A一、概述从中国制造世界最大推力70吨级振动台，到实现世界最大单体隔震建筑——北京大兴国际机场的运营，可以知道，振动是影响高端装备、土木建筑等安全性与可靠性的关键因素，也是工程设计及应用中最具挑战性的核心对象。
“机械振动学”理论学习及运用对航空航天、机械工程、土木工程等领域发展举足轻重［1］。
“机械振动学”作为部分工程类专业基础课程，系统地阐述了振动的基本理论与分析方法［23］。
由于该课程具有内容广泛、理论抽象、公式繁多等特点，且学生已习惯在静力学框架下分析问题，在动力学理论学习过程中普遍反映知识抽象、理解困难。
振动实验是辅助学生理解知识和实践应用最行之有效的方法，但通常学时有限且成本较高。
随着科学技术发展，数值仿真模拟为抽象理论知识的学习及应用提供了可视化、低成本、高效率之新途径［45］。
本文以弹性体梁的横向振动为例，应用数值仿真工具辅助理论教学。
DF17导弹作为高超声速、极高精度制导武器，复杂服役环境下振动抑制尤为重要。
在实际飞行过程中，其振动形式是非常复杂的，涉及横向、轴向、扭转等多种振动耦合。
在本科阶段振动基本理论教学中，可将该研究对象简化成欧拉伯努利梁模型进行解耦分析。
下面基于梁横向固有振动模态开展理论分析与数值模拟。
振动与噪声控制技术-盛美萍-振动控制技术复习与习题
01
动力吸振技术 隔振技术 阻尼减振技术 Prof. Sheng Meiping Northwestern Polytechnical University
填空题举例：
1． 有阻尼动力吸振器的吸振频带比无阻尼动力吸振器 。 2． 隔振系统的振动传递系数越 ，隔振效果越好。 3． 隔振系统的振动传递系数越大，隔振效率越 。 4． 防振沟越深，隔振效果越 。 5． 阻尼层的相对厚度越大，自由阻尼结构的阻尼越 。 6． 阻尼层的相对杨氏模量越大，自由阻尼结构的阻尼越 。 7． 黏弹性阻尼材料可分为 类和 类。
单击此处添加副标题
主讲：盛美萍
噪声与振动控制技术
Prof. Sheng Meiping
西北工业大学精品课程
Northwestern Polytechnical University
专业核心课程
振动与噪声控制技术
Prof. Sheng Meiping Northwestern Polytechnical University
简答题举例：
1． 人对振动的感觉与哪些因素有关？ 2． 人对水平振动和垂直振动的感觉有何差异？ 3． 简述振动强弱对人体的影响。 4． 简述动力吸振器的适用范围。 5． 隔振设计必须考虑系统的固有振动特性，请分析当激励频率分别小于、等于、大于隔振系统的固有频率时，隔振性能如何？ 6． 如果有几个频率不同的振动源都需要隔离，应如何设计隔振刚度？ 7． 请写出至少三种常用的隔振器的名称。 8． 请写出至少三种阻尼产生的机理。 9． 请写出至少三种离散型阻尼的名称。 10． 请写出至少三种附加型阻尼的名称。 11． 阻尼材料按材料的性质分类可分为哪几类？ 12． 黏弹性阻尼材料性能与温度关系密切，根据性能的显著不同，可分为三个温度区，请写出这三个温度区的名称和特点。 13． 在自由阻尼结构上附加一隔离层可提高结构的阻尼，请分析其机理。 14． 运输车辆的振动，空栽时比满载时振动大，请解释其原因。 15． 汽车高速行驶时的振动比低速行驶时小，请解释原因。
声学理论与仿真
假设管道的横截面分别为S1和 S2 后面的管道成为前面管道的声负载，在分界面处有入射波、反射波和透射波
pi
=
p e j (ω t − kx ) ai
pr
=
p e j (ω t + kx ) ar
pt
=
p e j (ω t − kx ) at
它们相应的质点速度（particle velocity）为
只要听起来和这个1KHz纯音 一样响，其响度级就是80方；
声波的反射、折射和透射
声波在两中媒质的分界面上 满足下面两个边界条件
声压连续
p ia + p ra = p ta
法向质点振速连续
via + v ra = vta
声波的反射、折射和透射
声波的叠加原理
p = p1 + p2
情况1：频率相同且有固定相位差的声波叠加（干涉现象）
vi
=
pai ρ0cc
e j(ωt −kx)
vr
=−
par ρ0cc
e j (ωt+kx)
vt
=
pat ρ0cc
e j (ωt−kx)
声波在管中的传播
分别面处（x = 0）的边界条件：
（1）声压连续
p ai + p ar = p at
（2）体积速度连续
S1(vi + vr ) = S 2vt
声压比：
tI
=| t p
|2 =
Rb2
+
X
2 b
⎜⎛ ⎝
ρ0cc 2S
+
Rb
⎟⎞2 ⎠
+
X
2 b
共振式消声器
CAE结构仿真分析及技术培训复习课程
E U/L
有限元方法基本概念
A1 A2 A3
F
u0 u1
u2
u3
u
u0 0
u3
u1 u 0 E A1 u 2 u1 E A2
l1
l2
4个未知量
u2
u 2 u1 E A2 u3 u 2 E A3 4个方程
l2
l3
唯一解
u0 u1
u3 u2 E A3 F
x
l3
有限元方法基本概念
4、 温控开关弹片强度分析及灵敏性优化：通过对温控开关的工作过程仿真，寻 找影响温控开关灵敏性的因子，改善尺寸、工艺参数提高了温控开关的灵敏性；
5、带包装微波炉的跌落仿真及产品结构与包装设计的优化。校验带包装微波炉整 机跌落工况下的强度，优化EPS包装结构，降低了跌落冲击加速度。
材料破坏现象：
工程结构正常工作应满足以下要求： 1、强度要求
CAE结构仿真分析及技术培训
----强度、振动与优化
中国科学院深圳先进技术研究院 产品与工程仿真实验室
1、题目：
电子机械产品结构强度与振动性能分析
报告人： 吴忠鸣 工程师
个人简介
吴忠鸣
硕士，工程师，2005年获华中科技大学材料加工硕士学位。2005年7月至2009年5月 在富士康科技集团华南检测中心机构仿真实验室任职，2009年5月加入深圳先进技术 研究院产品与工程仿真实验室。
(4)第四强度理论（形状改变比能理论） 准则：不论应力状态如何，材料发生屈服的共同原因是单元体中的形状改变比能 ud达到某个共同的极限值udjx。 应用情况：对塑性材料比最大剪应力准则符合实验结果。
工程仿真的基本方法是有限元方法
历史
• 结构分析有限元法是1950年至 1960年期间，由学术界和工业 界的研究人员建立起来的。
东方所培训教程之模态基础
7
C. 自由度
物理体系在运动时，用以完全确定体系在空间上 的位置所需的最少独立坐标的个数，称为自由度 （Degree Of Freedom, DOF）。
质点：3个平动 刚体：3个平动，3个转动 连续体：无限多个
12/9/2010
提出问题？ 怎么解决这一矛盾？
12/9/2010
27
H. 变时基采样 脉冲激励结构存在的一对矛盾： –激励信号：脉冲形式，需要较大的采样频率 进行采样，保证脉冲信号准确 –响应信号：低频振动，需要较低的采样频率， 保证较好的频率分辨率 变时基采样 –高频采集激励信号，低频采集响应信号 –表征激励信号的点数不少于20个 –DASP专利技术
12/9/2010
11
B. 运行模态分析，OMA EMA 的缺点 需要人工激励，外场试验难以实现，增加设备费用 EMA一般在实验室进行，不少应用情况试验室状态与 实际使用状态可能有较大不同 实验室里易于进行部件试验，难完成大型系统试验。 OMA的优点 无需人工激励，节省激励设备投资 “振动试验”简化为“响应测量”，并可用于机械 状态监测和结构健康监测 可以用部分或全部测点作为参考点，因此 OMA具有 MIMO特点，易于区分密集模态，适于复杂结构 OMA 还可用于多点随机锤击激励，无须测量激振力， 即可进行模态分析
T
+
Q {Ψ}r {Ψ}r
* r *
*TBiblioteka jω − λ* r
) (2)
12/9/2010
6
B. 基本假设
线性假设：结构的动态特性是线性的，就是说任何输 入组合引起的输出等于各自输出的组合，其动力学 特性可以用一组线性二阶微分方程来描述。 时不变性假设：结构的动态特性不随时间变化，因而 微分方程的系数是与时间无关的常数。 可观测性假设：这意味着用以确定我们所关心的系统 动态特性所需要的全部数据都是可以测量的。 互易性假设：结构应该遵从Maxwell互易性原理，即 在q点输入所引起的p点响应，等于在p点的相同输入 所引起的q点响应。
中科院声学所导师介绍
原建平 男 李晓东 男 杨亦春 男 刘克 男
音频声学 研究员 音频声学 研究员 音频声学 研究员 音频声学 研究员 音频声学 研究员 音频声学 研究员 副研究 员 副研究 音频声学 员 副研究 音频声学 员 音频声学
47 硕导 48 硕导 49 硕导 50 硕导 51 硕导 52 硕导 53 硕导 54 硕博 导师
通信声学实验室 音频声学 研究员 通信声学实验室 音频声学 研究员 通信声学实验室 音频声学 副研究 员 副研究 通信声学实验室 音频声学 员 副研究 通信声学实验室 音频声学 员 副研究 通信声学实验室 音频声学 员 中科信利语音实 音频声学 研究员 验室 中科信利语音实 音频声学 研究员 验室 中科信利语音实 音频声学 研究员 验室 中科信利语音实 副研究 音频声学 验室 员 中科信利语音实 副研究 音频声学 验室 员 中科信利语音实 副研究 音频声学 验室 员 中科信利语音实 副研究 音频声学 验室 员 中科信利语音实 副研究 音频声学 验室 员
37
马晓川 男 鄢社锋 男 杨常安 男 刘明刚 男 李军 男
水声学 水声学 水声学 水声学 水声学
研究员 研究员 研究员 研究员 研究员
38 硕导 39 硕导 40 硕导 41 硕导
阵列信号处理/水 硕导 声信号处理 数字信号处理 高分辨率成像 高分辨率成像 硕导 硕导 硕导
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27 硕导 28 硕博 导师
海洋声学技术与水 zhumin@ 声信号处理
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声学所2011年招生导师专业方向及联系方式
序 硕博 号 导师 29 硕导 30 硕博 导师 姓名 性 别 实验室 所属学科 职称 副研究 员 研究员 研究员 研究员 院士 研究员 副研究 员 招生专业 信号与信 息处理 声学 声学 声学 信号与信 息处理 信号与信 息处理 信号与信 息处理 信号与信 息处理 信号与信 息处理 信号与信 息处理 信号与信 息处理 信号与信 息处理 信号与信 息处理 学术型硕士招生 方向 海洋声学技术与水 声信号处理/高分 辨率成像 声学换能器及声学 材料 声学换能器及声学 材料 压电材料及材料化 学 博导 阵列信号处理 博士招生方向 硕导 招生邮箱 liuxd@
最新LMS Virtual.Lab流体声学解决方案
计算稳定后进行采样，输出可以是压力或速度脉动
Copyright LMS International 2009
Wave propagation is modified by flow
Turbulent Flow Structural vibrations 流体压力脉动结构的振动与噪声: - 湍流导致的压力脉动结构负载 - 结构振动噪声辐射 - 案例: 飞机蒙皮气动噪声，高速列车门窗传声,… Structure-borne noise 流动噪声: Turbulent Flow Flow flucturations - 湍流引起的压力或速度脉动直接噪声源 - 可等效为理论声源（偶极子、四级子） - 案例: 风扇噪声、管路噪声、受电弓噪声、起落架噪 声…
驱动通用有限元求解器： Nastran、Ansys、Abaqus etc 边界元
有限元
统计能 量法
声线法
边界元 纯声学分析 有限元
低频
高频
内容介绍
I – 流动噪声—背景介绍 II – 流动噪声的各种计算方法 III – LMS b流动噪声解决方案 IV – 流动噪声应用案例 V – 结论
各种声拟理论介绍
自由射流: Lighthill理论
isentropic High Re
Quadrupole
固定壁面: Curle理论
Quadrupole, W M 8
Dipole, W M 6
旋转壁面: FW-H理论
Convected quadrupole
Convected dipole
Copyright LMS International 2009
b AeroAcoustics - Slide 20
振动测量培训讲义
S8000大型旋转机械在线状态监测和分析系统故障诊断深圳市创为实技术发展有限公司目录培训班讲课稿 (2)1. 振动的基本参量 (2)2. 振动传感器 (3)3. 状态监测中的常用图谱 (4)4. 旋转机械的典型故障 (11)振动测量培训讲义 (14)1﹑前言 (14)2﹑振动的来源 (14)3﹑振动是什么 (14)4﹑振动幅值的定量 (15)5﹑振动的测量单位 (15)6﹑测量单位的选择 (16)7﹑压电式加速度计 (16)8﹑加速度传感器的特性 (17)9﹑传感器的安装 (18)10﹑环境对传感器的影响 (18)11﹑加速度传感器的校准 (19)12﹑振动测量数据的研判 (20)培训班讲课稿陈国远1. 振动的基本参量1﹑周期﹕作一个完整的振动所需要的时间﹐以T0表示。
例如﹕一个单摆﹐它的周期就是重锤从左运动到右﹐再从右运动回左边起点所需要的时间。
频率﹕单位时间（1秒）内产生振动的次数﹐即Hz﹐以f0表示。
很显然﹐f 0＝1/T0。
对于旋转机械的振动来说﹐存在下述令人感兴趣的频率﹕a）转动轴的旋转频率。
b）各种振动的频率。
c）机器自身的固有频率。
某些机器故障仅仅在某些特定的振动频率下发生。
这种现象有助于区别各种不同种类的机器故障。
例如﹕不平衡故障的结果一定会导致工频能量的异常升高。
但是﹐我们必须注意到﹐振动频率和机器故障的关系并不一一相对应。
这就是说﹐某一特定频率的振动﹐可能和多种机器的故障有关联。
因此﹐我们不必企图将某一特定的机器故障和某一固定的振动频率建立直接联系。
在对旋转机械进行故障诊断与分析时﹐振动的频率是非常重要的参量﹐它有助于我们对机器的故障进行判别。
但是﹐它仅仅只是一种参量。
为了得到正确的诊断结论﹐我们还必须对机器所有的参量进行估计和分析。
2.振幅（振动值）﹕物体动态运动或振动的幅度。
它是振动强度的标志。
振幅的大小可以表示为﹕峰峰值P—P单峰值0—P均方根值（有效值）RMS平均值Average峰峰值＝2＊单峰值＝2＊√2＊有效值表述振幅的三种单位﹕振动位移D﹕μm﹐Mill﹐振动速度V﹕mm/秒﹐inch/秒﹐振动加速度A﹕M/秒2﹐g（重力加速度）1g＝9.81M/秒2振动位移D通常以峰-峰值表示。
LMS声学培训
声压、声压级
• 声压级：SPL=20log10(pe/pref) dB =10log10(pe2/pref2) dB pe:待测声压有效值；pref：参考声压 pref=2×10-5 Pa 0 dB 94 dB 120 dB 2×10-5 Pa 1 Pa 20 Pa 1k Hz下听阈 校准声压级 痛阈
声品质的几个指标
尖锐度
声压级为60dB，中心频 率为1kHz的临界带 窄带噪声的锐度定 义为1acum。 频谱包面、 中心频 率、带 宽
s 0.11
24 Bark 0
N g ( z ) zdz N dz acum
24 Bark
0
N ：临界带响度； z：临界带值； g (z ) ：修正因子（1～4）。
f
n 1 c
/ f 2
n c
N
e.g.
N 1
fl fc 2
f cn1 / f cn 2
fu fc 2
w fc 2
f c 1000Hz, fl 707 Hz, fu 1414Hz, w 707 Hz
声强
• 定义：单位时间内垂直通过单位面积的声能
I pv cos
• 2、计算法
Lpt 10lg(10 10 ) 59dB
60 10 53 10
可用于计算机器自身辐射噪声水平
几个“场”的概念
• 近场与远场
– 近场:在不足两倍机器尺寸或所发声波最低频率的一个 波长距离之内（二者中取大者）；大于此距离，称为 远场
• 自由场
– 只有直达声，无反射声的声场（理想状态）
相同声压级的加法
• 结论：
– 两个相干单频声源叠加时，声压级增加6dB； – 两个非相干声源叠加时，声压级增加3dB； – 工程上遇到的问题，一般是增加3dB
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边界元法的主要优点：
1. 将问题的维数降低一维，因此对空间的离散只须在边界上离散化，而不像 有限元法需将整个求解域离散，可大大减少单元，同时，求解声场时不对时 间进行离散，而是对所计算的频率区间进行离散，减少了数据量和计算时间。 2. 边界元法是一种半解析数值方法，在求解域内是解析的，具有解析与离散 相结合的特点，因而精度也较高，误差主要来源于边界单元的离散，累积误 差小，便于控制。 3. 由于边界元方程自动满足无穷远的边界条件，因此特别适用于无界声场的 求解。同时边界元法只须对边界进行单元剖分，利用形函数插值求出边界节 点上的未知值，就可以通过边界上的已知值计算声场内任意点的解析值，这 对无界区域上的问题特别有意义。
边界元法：
直接边界元法：直接边界元法是采用结构表面的声压值和法向 振动速度作为边界条件来求解Helmholtz 边界积分方程 （网格要求封闭的，所以不能同时计算内外部声场，只能计算 内部声场或是外部声场。）
间接边界元法：间接边界元法是采用结构表面的声压差和速度 差作为边界条件来求解Helmholtz 边界积分方程 （网格要求可以封闭可以不封闭，所以能同时计算内外部声 场。）
3. 声学基本方程：声学方程的任何一种形式都可以流体（空气） 的连续方程、运动方程、能量方程、物态方程推导而来。通过 对流体方程进行线化和不同的假设可以得到不同形式的声学方 程如声学波动方程
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主要内容： 声学基本概念 声学有限元FEM 声学边界元BEM 声辐射 统计能量法
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噪声
随着科学技术的发展，噪声污染日益严重，控制噪声污染已成为环境保护的 重要内容。噪声已同空气污染和水污染一起被列为当今世界的三大主要污染源。 为了控制环境噪声污染，改善人们的生活和工作环境，世界各国都投入了大量 的人力、物力开展减振降噪方面的研究，并制定了一系列的标准与法规，取得 了较大的发展。 结构振动所辐射的噪声是噪声的主要来源之一，因此结构声辐射的预测对于 噪声的控制与降低有着重要的意义。目前用于结构振动声辐射的数值方法主 要是离散方法与能量方法，离散方法主要有有限元(Finite Element Method)、 边界元(Boundary Element Method)和无限元(Infinite Element Method)；能量 方法主要有统计能量方法(Statistical Energy Analysis)和能量有限元(Energy Finite Element Method)
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2. 结构的声辐射模态与结构的边界条件和结构的材料特性无关，只与结构 的振动频率和形状有关，每增加一个自由度，结构的声辐射模态将增加一 阶，但是增加的声辐射模态所对应的声辐射效率在所有的声辐射模态中是 最小的。Snyder详细的论述了奇异值分解与声辐射模态之间的关系； Naghshineh 则利用此思想，在文献中将声辐射模态称为基函数（basic function），并将其作为表面速度滤波器（Surface Velocity Filter），通过 控制声辐射效率高的模态而采用声辐射效率低的速度分布来合成结构的振 动形式，由此到达控制结构的声辐射功率；同Naghshineh还将该思想应用 于板壳结构的主动控制中，对主动控制的材料进行了位置优化，取得了显 著的效果。
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声学计算方法分为： （振动声源）
声学有限元法FEM 声学边界元法BEM
声线法
统计能量法
声学的有限元FEM
声学的有限元方程：任何一种声学都可以从流体的连续方程、运动方程、物态方 程推倒，再加上声学的边界条件。 声学边界条件有： I. 声质点速度边界条件：在某些声学边界网格上给定声质点约束 II. 声压边界条件：在某些声学边界网格上给定声压进行约束 III. 混合边界条件：又叫阻抗边界条件，混合边界条件可以通过试验或者一些经
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声辐射
声音是机械振动的结果，当物体出现声频范围内的机械振动时，就会使周围 介质也发生相应振动，从而以声波的形式向外辐射声音。声波的辐射实质上 就是机械振动波能量传递的过程。
工程中结构声辐射的机理一直是众多学者研究的问题，由于结构振动模态与 声辐射之间的耦合，使得结构声辐射的控制和计算十分困难。其结构模态与 声辐射之间也不互相独立，在低频振动的情形下，即使把最重要的几阶振动 模态降低，其总的声辐射功率并不会明显减小，这主要是结构间的声振耦合 很强，其给声辐射的控制和计算带来了很大的困难。
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李红. 13.06.20
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1.从声源的产生分为
振动声源 流体声源
2.声学量的基本概念 A。声压 B。声波的能量 C。声功率和声强 D。声压级、声强级和声功率级 E。 计权声压
验公式得知，其物理意义主要表现为声学边界网格的吸声相关或反射系数。
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声学的边界元法
声学的边界元法BEM：声学的有限元法在求解内声场合声辐射方法有优势，但 是在模型大时声学计算量基本无法解决，因此有了边界元法。 边界元法只需要提取结构面网格就可以完成声辐射计算，因此计算简单速度快。
对于工程中常出现的复杂结构的声辐射问题，采用解析方法求解结构的声辐 射几乎是不可能的。声辐射效率是描述结构声辐射能力的重要参数，目前计 算结构声辐射效率主要是采用经验公式来估计，因此研究结构声辐射的解耦 与效率对于控制结构的声辐射及其揭示结构声辐射的机理有着重要的意义。
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声辐射机理：
1.所谓声辐射模态及其辐射效率类似于振动问题中的振动模态与固有频率， 声辐射模态对应的是结构的速度分布，而振动模态对应的是结构的位移分 布。声辐射模态也就是矢量空间中一组相互正交的基，每组基代表一种可 能的声辐射形式，每一阶声辐射模态对应一个独立的辐射效率，用声辐射 模态研究声辐射问题的优点在于消除了结构振动模态中复杂的耦合项，使 得计算和控制声辐射变得简单。同时，通过对简单的板梁结构分析可知， 结构的声辐射功率可以表示为结构表面速度分布的一个正定厄米特二次型， 不同的速度分布其对应的声辐射功率与声辐射效率是不同的，因此可以通 过对结构的模态进行抑制（Modal control）和重构 （ModalRearrangement）来控制结构的声辐射，由此达到声辐射主动控 制的目的。