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基于有限元边界元法的舰船开域空间静磁计算研究

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船电技术 2015年第4期35卷 26-29页

作者：左超耿攀夏建超徐正喜武汉第二船舶设计研究所武汉430064

研究了有限元-边界元混合算法在舰船开域空间静态磁场求解问题中的应用,并以电磁场分析软件FLUX为计算平台,建立了舰船磁场仿真模型,进行了舰船远区磁场求解,仿真结果验证了该算法的高效性和准确性。

关键词：有限元-边界元舰船静磁场

带式输送机托辊组振动噪声仿真分析及参数优化

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煤炭工程 2024年第8期56卷 218-224页

作者：郝洪涛刘建昊宁夏大学机械工程学院宁夏银川750021 宁夏智能装备CAE重点实验室宁夏银川750021

带式输送机托辊组产生的振动噪声受多因素联合影响,为解决其振动噪声过大问题,文章提出一种基于有限元-边界元理论对托辊组振动噪声分析与优化的方法。首先,对托辊组进行模态分析与动力学仿真,探明托辊组的振动特性;然后,基于有限元-边... 详细信息

带式输送机托辊组产生的振动噪声受多因素联合影响,为解决其振动噪声过大问题,文章提出一种基于有限元-边界元理论对托辊组振动噪声分析与优化的方法。首先,对托辊组进行模态分析与动力学仿真,探明托辊组的振动特性;然后,基于有限元-边界元复合声场仿真方法,作声场的谐响应分析计算托辊组的声场分布,并搭建实际测试平台验证声学仿真模型的可靠性;最后,结合输送能力与轻量化约束条件,得到托辊组结构参数与工作参数的最优解。结果表明,有限元-边界元法可有效模拟托辊组声场分布和变化规律,优化后托辊组噪声声压级较优化前减小约6.1dB,并且托辊组综合性能均有所改善,可对实际工程中的带式输送机优化设计起到有效的指导作用。

关键词：托辊组振动噪声有限元-边界元声压级参数优化

临近空间高超声速飞行器电磁特性的有限元—边界元分析

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临近空间高超声速飞行器电磁特性的有限元—边界元分析

作者：郝汀南京理工大学

学位级别：硕士

高超声速目标的电磁特性分析是目前计算电磁学仿真的热点,飞行器在以声速7倍以上的速度运动时进入高超声速飞行状态。飞行器表面与空气的剧烈摩擦,使得飞行器周围空气温度急剧升高并开始电离,形成了高度不均匀的等离子体壳套。等离子体... 详细信息

高超声速目标的电磁特性分析是目前计算电磁学仿真的热点,飞行器在以声速7倍以上的速度运动时进入高超声速飞行状态。飞行器表面与空气的剧烈摩擦,使得飞行器周围空气温度急剧升高并开始电离,形成了高度不均匀的等离子体壳套。等离子体壳套在某些气动状态下会吸收、反射电磁波,大大影响飞行器原本的电磁散射特性,并影响与地面的通信,造成“通信黑障”。有限元-边界元方法(FE-BI)在计算电磁学数值仿真中有着重要地位,它既继承了有限元方法对任意复杂结构目标的分析能力,又在边界上引入积分方程代替完全匹配层(PML)作为截断边界条件,缩小求解区域,大大节省了计算资源。多层快速多极子的引入,使得边界积分部分的矩阵矢量乘时间得到了非常大的节省,进一步提高了算法的效率。有限元-边界元方法精确而高效,巧妙的融合了有限元、矩量法、多层快速多极子算法的优势,是一种具有强大分析能力的算法。由于有限元-边界元方法对复杂介质优秀的分析能力,它非常适合分析这类等离子体包覆的问题。但在流场区域未知的情况下,有限元-边界元方法通常需要一个足够大的求解区域来保证分析问题的准确性,而在此求解区域中,空气未知量不会对电磁特性分析产生影响,却引入了极大的计算量,大大影响了有限元-边界元方法对此类问题的求解效率。本文首先介绍了有限元-边界元方法的原理和一些等离子体的相关理论。针对空气引入未知量的问题,采取选取介电常数阈值直接舍去近似空气未知量,重新建立积分面的方法,在保证一定精度的前提下大大提升了有限元-边界元方法的分析效率。然后,论述了对于一般天线辐射特性研究的有限元-边界元方法,并利用其对等离子体包覆下天线的辐射问题作了分析。最后,提出了一种“磁窗天线”的设计方案,并验证了其解决“通信黑障”问题的可行性。

关键词：有限元-边界元天线辐射高超声速飞行器通信黑障

基于随机森林回归的管状带式输送机用托辊优化设计

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机电工程 2023年第2期40卷 299-306页

作者：吉日格勒刘畅蔡志钦肖望强邱开心陈晨国家能源集团准能集团有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017000 厦门大学航空航天学院福建厦门361000 国能郎新明环保科技有限公司北京100089

在管状带式输送机运输过程中,托辊在圆管带的接触载荷激励下会产生振动噪声,这是管状带式输送机运输过程中的主要噪声源。托辊参数的优化设计,对于管状带式输送机整体的减振降噪具有重要意义。为此,以托辊为优化对象,对托辊在不同结构... 详细信息

在管状带式输送机运输过程中,托辊在圆管带的接触载荷激励下会产生振动噪声,这是管状带式输送机运输过程中的主要噪声源。托辊参数的优化设计,对于管状带式输送机整体的减振降噪具有重要意义。为此,以托辊为优化对象,对托辊在不同结构参数下的振动特性和噪声规律进行了研究,提出了一种基于随机森林回归(RFR)的管状带式输送机用托辊参数优化设计方法。首先,对托辊进行了模态分析,得到了托辊的振动特性,确定了托辊的优化方向;基于有限元-边界元混合声场仿真方法,以现场采集的托辊受力频谱作为激励,探究了托辊在不同结构参数影响下的振动噪声及规律;然后,开发了基于RFR算法的机器学习模型,建立了托辊结构参数与噪声值之间的设计数据库,结合约束条件,得到了托辊参数的最优解;最后,针对优化后的托辊结构进行了仿真分析。研究结果表明,当托辊的直径为152 mm、厚度为6 mm、材料为普通钢、轴径为30 mm时,取得最优解,优化托辊产生的振动噪声较原托辊降低了约13.4 dB;通过托辊的优化设计,可以为管状带式输送机整体减振降噪提供参考。

关键词：运输机械接触载荷随机森林回归有限元-边界元模态分析减振降噪托辊参数最优解

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跨座式单轨车辆客室噪声场分析及控制

跨座式单轨车辆客室噪声场分析及控制

作者：王建重庆交通大学

学位级别：硕士

中国很多大型城市都形成了以地铁为主的城市轨道交通网,城市轨道交通的下一步发展方向会逐渐集中到大城市的加密线路和中小城市骨干线网建设上面,跨座式单轨交通具有的建设成本低、辐射噪声小、建设时间短、运量可灵活设置等优点表明其... 详细信息

中国很多大型城市都形成了以地铁为主的城市轨道交通网,城市轨道交通的下一步发展方向会逐渐集中到大城市的加密线路和中小城市骨干线网建设上面,跨座式单轨交通具有的建设成本低、辐射噪声小、建设时间短、运量可灵活设置等优点表明其后续应用前景广阔。进一步提高跨座式单轨车辆的乘坐舒适性是实现跨座式单轨交通高质量发展必不可少的一环,客室内部的声学环境不仅与乘坐舒适性直接相关,甚至还会影响其安全性。对跨座式单轨车辆客室内部噪声产生的原因与机理进行深入研究对提升跨座式单轨交通的乘坐舒适性和安全性具有重要意义。目前国内外学者针对跨座式单轨车辆客室内部噪声产生的原因和机理的研究相对较少,而改善跨座式轨道交通舒适度和安全性的研究具有重要现实意义。本文对跨座式单轨车辆客室内部噪声的预测方法进行分析研究,并通过试验方法验证预测方法的可行性,具体研究工作内容为:（1）基于工程噪声基础理论,分析跨座式单轨车辆客室内部噪声的关键指标和参数,确定应重点关注A计权声压级、噪声频率成分等参数。针对这些关键指标和参数对比多种仿真方法对客室内部噪声进行合理预测,采用FEM-BEM（Finite Element Methods-Boundary Element Methods）仿真方法。为了验证仿真结果的准确性,设计客室内部声学实测试验,通过对比仿真数据和实测数据来验证仿真方法的合理性。对比多种降噪方式,针对客室内部着重控制结构振动造成的低频噪声。（2）使用CATIA软件建立符合客室的实际尺寸几何模型,基于几何模型使用Hypermesh软件建立以板壳单元为主的有限元模型,基于有限元模型在Virtual Lab软件中求出跨座式单轨车辆客室的声-结构耦合模态,找出造成极大声压级的声-结构耦合模态。结果表明:在12.75Hz和21.91Hz会出现声-结构的耦合模态,导致客室出现极大的声压级。对其进行控制可以采用增加耦合部位的壁板厚度和增加加强筋的方法来控制低频噪声。（3）使用ADAMS软件建立符合客室动力学特性的动力学模型,以A级路面谱分别求解出转向架和空调传递给客室的结构振动加速度,基于FEM-BEM法将结构振动加速度作为激励输入到有限元模型仿真求解出客室内部噪声情况。结果表明:转向架空气弹簧、空调分别与客室地板和顶板接触的部分出现较大的低频声压级,但绝大多数位置和频段的声压级都未超过75d B（A）的限值。可以采取在壁板中添加毛毡、超细玻璃纤维和沥青涂层材料来吸收部分噪声,还可以采用断桥铝合金型材的处理方式来隔开内外两层壁板达到隔声降噪的目的。（4）结合仿真结果设计车内实测试验,对比验证FEM-BEM法预测客室内部噪声的准确性。针对仿真结果设置有代表性的观测点,使用声学采集系统采集分析测点声压级和频率分布情况,通过计算仿真值与实测值之间的差值表明FEM-BEM法预测客室内部噪声的准确性较高。研究结果表明本文提出的使用FEM-BEM方法预测跨座式单轨车辆客室内部噪声分布具有良好效果,可以为跨座式单轨车辆客室内部噪声优化改进提供行之有效的方法。

关键词：跨座式单轨客室噪声声-结构耦合有限元-边界元试验

轮轨周期性短波不平顺对轮轨系统振动及噪声影响研究

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轮轨周期性短波不平顺对轮轨系统振动及噪声影响研究

作者：董保龙北京交通大学

学位级别：硕士

随着高速铁路的快速发展,轮轨相互作用力不断加强,轮轨接触关系不断恶化,导致轮轨振动而产生的噪声污染越来越严重。无砟轨道由于具有高平顺性,高舒适性,少维修性的特点,在高速铁路中得到了广泛的应用。然而,无砟轨道所产生的噪声污染... 详细信息

随着高速铁路的快速发展,轮轨相互作用力不断加强,轮轨接触关系不断恶化,导致轮轨振动而产生的噪声污染越来越严重。无砟轨道由于具有高平顺性,高舒适性,少维修性的特点,在高速铁路中得到了广泛的应用。然而,无砟轨道所产生的噪声污染要远比传统的有砟轨道大,因此,研究无砟轨道在高频下的振动和声辐射特性,为制定无砟轨道减振降噪措施提供一定理论指导。具体研究内容和研究成果如下:(1)基于实际的车辆动力学参数建立车轨刚柔耦合动力学模型,对其中的关键部件进行柔性化处理,包括轮对,钢轨和轨下基础,最后利用实测数据对动力学模型进行了验证。(2)建立CRTSII型无砟轨道的有限元模型,利用有限元模型研究轨道系统在高频下的振动响应,通过谐响应分析得到了轨道系统在单位简谐荷载下频域内的振动响应,通过瞬态分析得到了轨道系统在列车荷载作用下的振动响应。研究表明轨道系统在2000Hz内主要以钢轨的一阶弯曲振动和pinned-pinned共振为主。钢轨和轨道板在0～960Hz沿着纵向衰减的较快,钢轨沿着垂向衰减的较慢,而轨道板沿着垂向衰减的较快。通过时域分析得到钢轨主要以轨顶振动为主,轨道板主要以板上振动为主,并且钢轨振动大于轨道板。(3)建立CRTSII型无砟轨道的边界元模型,利用边界元模型对轨道系统在时频域内的辐射噪声进行分析,通过时域分析得到轨道板近场的声压分布,通过声压云图可以看出转向架通过钢轨的过程,通过频域分析可以得到轨道的噪声能量主要集中在2000Hz范围内,并且随着频率的增加,声辐射功率先增加然后减小,在pinned-pinned共振频率处达到最大值。通过分别计算钢轨和轨道板的声辐射功率和声压,得出钢轨所辐射的噪声要大于轨道板。(4)利用有限元-边界元法分别研究了钢轨波磨的波长,波深,车轮多边形的波深以及列车运行速度对轨道系统振动噪声的影响。研究结果表明,钢轨波磨的波长越短,轨道系统振动越强,总声辐射功率越大。波磨波深在10μm～20μm,钢轨和轨道板的振动加速度随着波深基本呈线性增长,并且波深越大,总声辐射功率越大。列车运行速度在250km/h～350km/h,钢轨和轨道板的振动加速度增长较快,速度越大,总声辐射功率越大。图108幅,表6个,参考文献68篇

关键词：无砟轨道高频振动声辐射有限元-边界元短波不平顺

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管带机噪声影响下的蜂窝复合结构设计

矿山机械 2023年第3期51卷 19-26页

作者：武国平邱开心肖望强蔡志钦王飞国家能源集团准能集团有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017000 厦门大学航空航天学院福建厦门361000 国能郎新明环保科技有限公司北京100089

为了降低管带机运行过程中的噪声,提出了一种针对管带机噪声的蜂窝复合结构隔声屏。首先,基于有限元-边界元混合声场仿真方法,分析了在管带机噪声影响下现场隔声屏的隔声效果;然后,结合有限元-离散元耦合模型,分析了蜂窝复合结构的隔声... 详细信息

为了降低管带机运行过程中的噪声,提出了一种针对管带机噪声的蜂窝复合结构隔声屏。首先,基于有限元-边界元混合声场仿真方法,分析了在管带机噪声影响下现场隔声屏的隔声效果;然后,结合有限元-离散元耦合模型,分析了蜂窝复合结构的隔声性能,发现蜂窝复合结构的隔声量较现场隔声屏高了15.79 dB;接着,通过对蜂窝复合结构隔声屏的形状进行优化设计,得知增设斜板角度为60°、长度为700 mm的隔声屏隔声效果最佳;最后,根据现场测量结果验证了仿真方法的可靠性,并通过蜂窝复合结构隔声性能试验,验证了该结构对管带机噪声有良好的抑制作用。

关键词：管带机降噪蜂窝复合结构粒子阻尼有限元-边界元

介质粗糙面与埋藏导体目标的电磁散射特性研究

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电子制作 2022年第13期30卷 92-96页

作者：张亚何红杰郑州轻工业大学河南郑州450000

本文将三维矢量有限元-边界元方法(Finite Element Method-Boundary Integral Method)与快速多极子(Fast Multi-pole Method,FMM)方法结合,研究了二维介质粗糙面下方埋藏导体目标的复合电磁散射特性。推导了复合模型电磁散射的FEM-BIM公... 详细信息

本文将三维矢量有限元-边界元方法(Finite Element Method-Boundary Integral Method)与快速多极子(Fast Multi-pole Method,FMM)方法结合,研究了二维介质粗糙面下方埋藏导体目标的复合电磁散射特性。推导了复合模型电磁散射的FEM-BIM公式,针对FEM-BIM矩阵方程组的特点,采用混合迭代求解器求解FEM-BIM矩阵方程组,并采用FMM加速迭代求解过程,与矩量法(Method of Moments,MoM)和传统FEM-BIM方法的比对结果验证了本文算法的高效性和精确性。最后,结合Monte-Carlo方法,研究了地面下方炸弹型目标的复合电磁散射特性,分析了土壤湿度、埋地深度和地面粗糙度等参数变化对复合模型双站散射系数的影响。

关键词：复合电磁散射粗糙面埋藏目标有限元-边界元

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桩-土-结构动力相互作用研究现状与进展

工程抗震与加固改造 2017年第1期39卷 1-7页

作者：邓浩昀金新阳顾明同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 中国建筑科学研究院北京100013

桩-土-结构动力相互作用是地震工程重要的研究方向之一。本文回顾了近年来国内外桩-土-结构动力相互作用的研究历史,同时对该领域的研究现状进行介绍,简述了桩-土-结构动力相互作用解析法、数值分析、试验和原型观测的研究进展,并对该... 详细信息

桩-土-结构动力相互作用是地震工程重要的研究方向之一。本文回顾了近年来国内外桩-土-结构动力相互作用的研究历史,同时对该领域的研究现状进行介绍,简述了桩-土-结构动力相互作用解析法、数值分析、试验和原型观测的研究进展,并对该领域今后的研究方向给出了一些建议。

关键词：动力相互作用桩基础地震工程文克尔模型有限元-边界元